Elektrická manipulácia spinov v graféne: prielom v kvantových počítačoch
Vedci z University of Science and Technology of China (USTC) dosiahli významný prelom v oblasti kvantových počítačov. Ich výskum sa zameral na elektrickú manipuláciu spinových sekvencií v kvantových bodkách vytvorených z bilayer grafénu (BLG). Tento objav otvára nové možnosti pre vývoj pokročilých kvantových počítačov a elektroniky.
Čo je bilayer grafén?
Bilayer grafén je materiál zložený z dvoch vrstiev grafénu, ktoré sú navzájom posunuté. Tento materiál má unikátne vlastnosti, ako je nastaviteľný zakázaný pás (band gap) a trigonálna deformácia (trigonal warping). Tieto vlastnosti umožňujú vedcom presne kontrolovať správanie elektrónov v materiáli.
Čo sú kvantové bodky?
Kvantové bodky sú nanoštruktúry, ktoré umožňujú presnú kontrolu nad počtom nosičov náboja (elektrónov alebo dier). Vedci ich používajú na štúdium správania sa jednotlivých častíc na kvantovej úrovni. V tomto výskume boli kvantové bodky vytvorené z bilayer grafénu, čo umožnilo detailnú analýzu spinových a údolných (valley) stupňov voľnosti.
Ako funguje elektrická manipulácia spinov?
Výskumný tím USTC použil vysoko nastaviteľné kvantové zariadenia na manipuláciu s elektrónmi v bilayer grafene. Zistili, že pri aplikácii malého elektrického poľa sa s-orbital zaplní štyrmi elektrónmi (dva so spinom hore a dva so spinom dole). Keď však zvýšili intenzitu elektrického poľa, kapacita s-orbitalu sa rozšírila na 12 elektrónov, pričom prvých šesť elektrónov malo rovnakú spinovú polarizáciu.
Tento prechod z štvornásobnej degenerácie na dvanásťnásobnú degeneráciu bol spôsobený práve trigonálnou deformáciou, ktorá sa stala výraznejšou pod vplyvom silnejšieho elektrického poľa. Vedci tiež vykonali magnetotransportné merania, ktoré odhalili, že spinové sekvencie možno elektricky meniť z „2+2+4+4“ na „6+6“.
Prečo je tento objav dôležitý?
Tento výskum ukazuje, že minimálne údolné stupne voľnosti (minivalley degrees of freedom) možno využiť na elektrickú manipuláciu spinových stupňov voľnosti. To má zásadný vplyv na kvantové riadenie a manipuláciu elektrónových stavov. Objav tiež otvára cestu k vytváraniu 3-spinových stavov a simulácii SU(3) symetrie, čo sú kľúčové prvky pre budúce kvantové počítače.
Zhrnutie
- Bilayer grafen má unikátne vlastnosti, ktoré umožňujú presnú kontrolu nad elektrónmi.
- Kvantové bodky z bilayer grafénu umožňujú štúdium spinových a údolných stupňov voľnosti.
- Elektrická manipulácia spinov otvára nové možnosti pre kvantové počítače a elektroniku.
Tento prielom je významným krokom vpred v oblasti kvantových technológií a ukazuje, ako môžu byť exotické materiály, ako je bilayer grafen, využité na vytvorenie novej generácie počítačov.
Zdroje a ďalšie čítanie
Tagy
#kvantové-počítače #bilayer-grafen #spinové-sekvencie #elektrická-manipulácia #kvantové-bodky