Vizualizarea directă a punctelor cuantice relevă forma funcției undei cuantice a electronilor prinși

Vizualizarea punctelor cuantice în grafenul cu două straturi prin microscopie prin scanare și spectroscopie dezvăluie o simetrie triplă. În această imagine tridimensională, vârfurile reprezintă locații de amplitudine mare în forma de undă a electronilor prinși. Credite: Zhehao Ge, Frederic Joucken și Jairo Velasco Jr.

Cercetătorii au folosit un microscop de tunel de explorare pentru a vizualiza punctele cuantice în straturile bilaterale grafic, un pas important către tehnologiile informaționale cuantice.

Captarea și controlul electronilor în punctele cu două straturi cu grafen cuantic oferă o platformă promițătoare pentru tehnologiile informaționale cuantice. Cercetătorii de la UC Santa Cruz au realizat prima vizualizare directă a punctelor cuantice în grafenul stratificat, dezvăluind forma funcției undei cuantice a electronilor prinși.

Rezultatele, publicate pe 23 noiembrie 2020 a Nano Carduri, furnizează cunoștințe fundamentale importante necesare dezvoltării tehnologiilor informaționale cuantice bazate pe puncte cuantice grafene cu două straturi.

„A fost multă muncă pentru a dezvolta acest sistem pentru știința informației cuantice, dar ne lipsește o înțelegere despre cum sunt electronii în aceste puncte cuantice”, a spus autorul corespunzător Jairo Velasco Jr., profesor asistent de fizică la UC Santa Cruz.

Deși tehnologiile digitale convenționale codifică informații în biți reprezentați 0 sau 1, un bit cuantic sau qubit poate reprezenta ambele stări în același timp datorită suprapunerii cuantice. În teorie, tehnologiile bazate pe qubit vor permite o creștere masivă a vitezei și capacității de calcul pentru anumite tipuri de calcule.

Sunt explorate o varietate de sisteme bazate pe materiale, de la diamant la arsenidă de galiu, ca platforme pentru crearea și manipularea qubiturilor. Grafenul stratificat (două straturi de grafen, care este un aranjament bidimensional al atomilor de carbon într-o rețea cu fagure de miere) este un material atractiv, deoarece este ușor de produs și de lucrat, iar punctele cuantice de grafen stratificat au proprietăți dorite. .

„Aceste puncte cuantice reprezintă o platformă emergentă și promițătoare pentru tehnologia informației cuantice datorită decoerenței de rotație suprimată, gradelor controlabile de libertate cuantică și reglării cu tensiuni de control externe”, a spus Velasco.

Este important să înțelegem natura funcției de undă cuantică a punctelor în grafenul stratificat, deoarece această proprietate de bază determină mai multe caracteristici relevante pentru prelucrarea cuantică a informațiilor, cum ar fi spectrul energiei electronice, interacțiunile dintre electroni și l cuplarea electronilor în mediul său.

Echipa lui Velasco a folosit o metodă pe care a dezvoltat-o ​​anterior pentru a crea puncte cuantice în grafen monostrat folosind un microscop de scanare cu tunel (STM). Cu grafenul sprijinit pe o sticlă izolatoare hexagonală de nitrură de bor, o tensiune înaltă aplicată cu vârful STM creează sarcini la nitrura de bor care servesc la confinarea electrostatică a electronilor în grafenul stratificat.

„Câmpul electric creează un coral, ca un gard electric invizibil, care prinde electronii în punctul cuantic”, a explicat Velasco.

Cercetătorii au folosit microscopul de scanare cu tunel pentru a imagina stările electronice din interiorul și din afara coralei. Spre deosebire de predicțiile teoretice, imaginile rezultate au arătat o simetrie de rotație ruptă, cu trei vârfuri în loc de inelele concentrice așteptate.

„Vedem inele simetrice circulare în grafen monostrat, dar în grafen bistrat stările cuantice ale punctelor au simetrie triplă”, a spus Velasco. „Vârfurile reprezintă locuri de amplitudine mare în funcția de undă. Electronii au o natură dublă undă-particulă și vizualizăm proprietățile de undă ale electronului în punctul cuantic.

Această lucrare oferă informații cruciale, cum ar fi spectrul de energie al electronilor, necesare dezvoltării dispozitivelor cuantice bazate pe acest sistem. „Promovează înțelegerea fundamentală a sistemului și potențialul său pentru tehnologiile cuantice ale informației”, a spus Velasco. “O piesă din puzzle lipsește și, împreună cu munca altora, cred că ne îndreptăm spre transformarea acestui sistem într-un sistem util”.

Referință: „Vizualizarea și manipularea punctelor bistrat cuantice de grafen cu simetrie de rotație ruptă și topologie non-banală” de Zhehao Ge, Frederic Joucken, Eberth Quezada, Diego R. da Costa, John Davenport, Brian Giraldo, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Nobuhiko P. Kobayashi, Tony Low și Jairo Velasco Jr., 23 noiembrie 2020, Nano Carduri.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c03453

Pe lângă Velasco, printre autorii lucrării se numără primii autori Zhehao Ge, Frederic Joucken și Eberth Quezada-Lopez de la UC Santa Cruz, alături de coautori de la Universitatea Federală din Ceara, Brazilia, a Institutului Național de Știința Materialelor. din Japonia, Universitatea din Minnesota și Școala de Inginerie Baskin de la UCSC. Această lucrare a fost finanțată de Fundația Națională pentru Științe și de Biroul de Cercetare al Armatei.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ouă de pasăre marine contaminate cu cocktail chimic de aditivi din plastic

Pui de pescăruș și ouă. Credit: profesorul Jon Blount Aditivii chimici utilizați în producția de plastic au fost găsiți în ouăle de pescăruș hering,...

Oglinzi comutabile create din metal lichid

Cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a schimba în mod dinamic suprafața metalului lichid între stările reflectante (stânga sus și dreapta jos) și dispersie...

Dieta cu junk food poate crește riscul conducerii periculoase în rândul șoferilor de camioane

Dietele nesănătoase sunt asociate cu mai multă oboseală: principalul motiv al riscului crescut de accidente, spun cercetătorii. O dietă cu junk food poate crește oboseala...

Fotosinteza artificială promite o sursă de energie curată și durabilă

Oamenii pot face multe lucruri pe care plantele nu le pot face. Putem să ne plimbăm, putem vorbi, putem auzi și vedea și...

Gheața de mare din Arctica devine mai subțire de două ori mai repede decât era de așteptat

Gheața arctică în declin a Pământului este fără îndoială una dintre cele mai mari victime ale schimbărilor climatice, ale căror consecințe sunt de anvergură,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.