Elektrická manipulace spinů v grafenu: průlom v kvantových počítačích
Vědci z University of Science and Technology of China (USTC) dosáhli významného průlomu v oblasti kvantových počítačů. Jejich výzkum se zaměřil na elektrickou manipulaci spinových sekvencí v kvantových tečkách vytvořených z bilayer grafenu (BLG). Tento objev otevírá nové možnosti pro vývoj pokročilých kvantových počítačů a elektroniky.
Co je bilayer grafen?
Bilayer grafen je materiál složený ze dvou vrstev grafenu, které jsou navzájem posunuty. Tento materiál má unikátní vlastnosti, jako je nastavitelný zakázaný pás (band gap) a trigonální deformace (trigonal warping). Tyto vlastnosti umožňují vědcům přesně kontrolovat chování elektronů v materiálu.
Co jsou kvantové tečky?
Kvantové tečky jsou nanostruktury, které umožňují přesnou kontrolu nad počtem nosičů náboje (elektronů nebo děr). Vědci je používají ke studiu chování jednotlivých částic na kvantové úrovni. V tomto výzkumu byly kvantové tečky vytvořeny z bilayer grafenu, což umožnilo detailní analýzu spinových a údolních (valley) stupňů volnosti.
Jak funguje elektrická manipulace spinů?
Výzkumný tým USTC použil vysoce nastavitelná kvantová zařízení k manipulaci s elektrony v bilayer grafenu. Zjistili, že při aplikaci malého elektrického pole se s-orbital zaplní čtyřmi elektrony (dva se spinem nahoru a dva se spinem dolů). Když však zvýšili intenzitu elektrického pole, kapacita s-orbitalu se rozšířila na 12 elektronů, přičemž prvních šest elektronů mělo stejnou spinovou polarizaci.
Tento přechod z čtyřnásobné degenerace na dvanáctinásobnou degeneraci byl způsoben právě trigonální deformací, která se stala výraznější pod vlivem silnějšího elektrického pole. Vědci také provedli magnetotransportní měření, která odhalila, že spinové sekvence lze elektricky měnit z “2 + 2 + 4 + 4” na “6 + 6”.
Proč je tento objev důležitý?
Tento výzkum ukazuje, že minimální údolní stupně volnosti (minivalley degrees of freedom) lze využít k elektrické manipulaci spinových stupňů volnosti. To má zásadní dopad na kvantové řízení a manipulaci elektronových stavů. Objev také otevírá cestu k vytváření 3-spinových stavů a simulaci SU(3) symetrie, což jsou klíčové prvky pro budoucí kvantové počítače.
Shrnutí
- Bilayer grafen má unikátní vlastnosti, které umožňují přesnou kontrolu nad elektrony.
- Kvantové tečky z bilayer grafenu umožňují studium spinových a údolních stupňů volnosti.
- Elektrická manipulace spinů otevírá nové možnosti pro kvantové počítače a elektroniku.
Tento průlom je významným krokem vpřed v oblasti kvantových technologií a ukazuje, jak mohou být exotické materiály, jako je bilayer grafen, využity k vytvoření nové generace počítačů.
Zdroje a další čtení
Tagy
#kvantové-počítače #bilayer-grafen #spinové-sekvence #elektrická-manipulace #kvantové-tečky