Bilayer Graphene Illustration 777x518 1 2
Thông tin công nghệ

Graphene dạng xoắn, mỏng nguyên tử có các thuộc tính độc đáo có thể nâng cao tính toán lượng tử

Nghiên cứu hợp tác mới mô tả cách các electron di chuyển qua hai cấu hình khác nhau của graphene hai lớp, dạng carbon mỏng nguyên tử. Những kết quả này cung cấp thông tin chi tiết mà các nhà nghiên cứu có thể sử dụng để thiết kế các nền tảng điện toán lượng tử mạnh mẽ và an toàn hơn trong tương lai.

Các nhà nghiên cứu mô tả cách các electron di chuyển qua graphene phân lớp hai chiều, những phát hiện có thể dẫn đến những tiến bộ trong thiết kế nền tảng điện toán lượng tử trong tương lai.

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Physical Review Letters mô tả cách các điện tử di chuyển qua hai cấu hình khác nhau của graphene hai lớp, dạng carbon mỏng nguyên tử. Nghiên cứu này, là kết quả của sự hợp tác giữa Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven, Đại học Pennsylvania, Đại học New Hampshire, Đại học Stony Brook và Đại học Columbia , cung cấp thông tin chi tiết mà các nhà nghiên cứu có thể sử dụng để thiết kế các nền tảng điện toán lượng tử mạnh mẽ và an toàn hơn trong tương lai .

“Các chip máy tính ngày nay dựa trên kiến thức của chúng ta về cách các electron di chuyển trong chất bán dẫn, đặc biệt là silicon”, tác giả đầu tiên và đồng tác giả Zhongwei Dai, một postdoc tại Brookhaven, cho biết. “Nhưng các tính chất vật lý của silicon đang đạt đến giới hạn vật lý về cách tạo ra các bóng bán dẫn nhỏ và bao nhiêu bóng bán dẫn có thể lắp trên một con chip. Nếu chúng ta có thể hiểu cách các electron di chuyển ở quy mô nhỏ vài nanomet trong các kích thước thu nhỏ của vật liệu 2-D, chúng ta có thể mở ra một cách khác để sử dụng electron cho khoa học thông tin lượng tử ”.

Khi một vật liệu được thiết kế ở những quy mô nhỏ này, với kích thước vài nanomet, nó giới hạn các điện tử trong một không gian có kích thước giống như bước sóng của chính nó, khiến các đặc tính điện tử và quang học tổng thể của vật liệu thay đổi trong một quá trình được gọi là giam hãm lượng tử. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng graphene để nghiên cứu các hiệu ứng hạn chế này ở cả electron và photon, hoặc các hạt ánh sáng.

Công việc dựa trên hai tiến bộ được phát triển độc lập tại Penn và Brookhaven. Các nhà nghiên cứu tại Penn, bao gồm cả Zhaoli Gao, một cựu postdoc trong phòng thí nghiệm của Charlie Johnson, hiện đang làm việc tại Đại học Trung Quốc Hồng Kông, đã sử dụng chất nền tăng trưởng hợp kim gradient độc đáo để phát triển graphene với ba cấu trúc miền khác nhau: một lớp, Bernal xếp chồng lên nhau bilayer, và bilayer xoắn. Vật liệu graphene sau đó được chuyển lên một chất nền đặc biệt được phát triển tại Brookhaven cho phép các nhà nghiên cứu thăm dò cả cộng hưởng điện tử và quang học của hệ thống.

Johnson nói: “Đây là một tác phẩm hợp tác rất hay. “Nó tập hợp những khả năng đặc biệt từ Brookhaven và Penn, cho phép chúng tôi thực hiện các phép đo và khám phá quan trọng mà không ai trong chúng tôi có thể tự mình làm được”.

Các nhà nghiên cứu đã có thể phát hiện ra cả cộng hưởng giữa lớp điện tử và lớp quang học và nhận thấy rằng, ở những trạng thái cộng hưởng này, các điện tử di chuyển qua lại trên giao diện 2D với cùng tần số. Kết quả của họ cũng gợi ý rằng khoảng cách giữa hai lớp tăng lên đáng kể trong cấu hình xoắn, điều này ảnh hưởng đến cách các electron di chuyển do tương tác giữa các lớp. Họ cũng phát hiện ra rằng việc xoắn một trong các lớp graphene đi 30 ° cũng làm chuyển cộng hưởng thành năng lượng thấp hơn.

“Các thiết bị làm từ graphene quay có thể có những đặc tính rất thú vị và bất ngờ do khoảng cách giữa các lớp tăng lên mà các electron có thể di chuyển,” đồng tác giả Jurek Sadowski từ Brookhaven cho biết.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu sẽ chế tạo các thiết bị mới bằng cách sử dụng graphene xoắn đồng thời xây dựng các phát hiện từ nghiên cứu này để xem việc thêm các vật liệu khác nhau vào cấu trúc graphene phân lớp tác động như thế nào đến các đặc tính điện tử và quang học.

Johnson nói: “Chúng tôi mong muốn tiếp tục hợp tác với các đồng nghiệp Brookhaven của chúng tôi đi đầu trong các ứng dụng của vật liệu hai chiều trong khoa học lượng tử.

Tham khảo: “Các quốc gia ranh giới giếng lượng tử trong các giao diện cấu trúc ngầm Graphene” của Zhongwei Dai, Zhaoli Gao, Sergey S. Pershoguba, Nikhil Tiwale, Ashwanth Subramanian, Qicheng Zhang, Calley Eads, Samuel A. Tenney, Richard M. Osgood, Chang-Yong Nam, Jiadong Zang, AT Charlie Johnson và Jerzy T. Sadowski, ngày 20 tháng 8 năm 2021, Thư đánh giá vật lý .
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.086805

Danh sách đầy đủ các đồng tác giả bao gồm Zhaoli Gao (nay thuộc Đại học Trung Quốc Hồng Kông), Qicheng Zhang, và Charlie Johnson từ Penn; Zhongwei Dai, Nikhil Tiwale, Calley Eads, Samuel A. Tenney, Chang-Yong Nam, và Jerzy T. Sadowski từ Brookhaven; Sergey S. Pershogub, và Jiadong Zang từ Đại học New Hampshire; Ashwanth Subramanian từ Đại học Stony Brook; và Richard M. Osgood từ Đại học Columbia.

Charlie Johnson là Giáo sư Vật lý và Thiên văn học Rebecca W. Bushnell tại Khoa Vật lý và Thiên văn học của Trường Nghệ thuật & Khoa học tại Đại học Pennsylvania.

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi các khoản tài trợ của Quỹ Khoa học Quốc gia MRSEC DMR- 1720530 và EAGER 1838412. Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven được hỗ trợ bởi Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.