Kintamo kūno topologinis grafeno izolatorius tam tikromis sąlygomis

Neseniai Masačūsetso technologijos instituto interneto svetainės duomenimis, mokyklos mokslininkai nustatė, kad kai kuriais kraštutiniais atvejais grafenas gali būti paverstas unikalia topologinio izoliatoriaus funkcija, nes tikimasi, kad ji pateikia naujas idėjas kvantinių kompiuterių gamybai. Tyrimas yra paskelbtas šią savaitę žurnale "Gamta".

Mokslininkai nustatė, kad grafeno dribsniai buvo dedami į žemos temperatūros aplinką, kurios stiprumas yra 35 Tesla magnetinio lauko ir 0,3 laipsnio Celsijaus, didesnis nei absoliutaus nulio. Graphene laidžios savybės gali būti pakeistos, kad būtų galima filtruoti elektronus pagal elektronų nugaros smailių kryptis, kuri šiuo metu nėra naudojama jokioje tradicinėje elektroninėje sistemoje.

Esant įprastoms sąlygoms, grafenas elgiasi kaip įprastas laidininkas ir jame veikia įtampa, o srovė eina per ją. Tačiau jei grafeno gabalas dedamas į statmeną magnetinį lauką, graftelio savybės keičiasi - srovė eina tik graffeno dribsnių kraštuose, o likusieji tampa izoliatoriais. Be to, srovė judės tik viena kryptimi pagal magnetinio lauko kryptį. Šis reiškinys vadinamas kvantiniu Hall efektu.

Naujame tyrime mokslininkai nustatė, kad jei į anksčiau minėtą atvejį pridėsite stipraus magnetinio lauko graphene padėtį, graftelio savybės vėl pasikeis: elektronai vis dar veikia tik grafeeno kraštuose, bet jų kryptis Operacija pakeičiama iš vienkrypčio į dvikrypčią, o konkrečią kryptį lemia skirtingos elektronų sukimosi kryptys.

"Mes sukūrėme neįprastą specialų dirigentą", - sakė MIT Fizikos katedros doktorantė. Tai yra įprasta topologinio izoliatoriaus funkcija atskirti elektronus pagal elektronų sukimosi kryptį. Tačiau grafenas nėra įprastu prasme topologinis izoliatorius. Mes turime tokį patį poveikį skirtingose medžiagų sistemose. Dar svarbiau, keičiant magnetinį lauką, bet kuriuo metu taip pat galite valdyti elektroninę operaciją, valdyti ar nekontroliuoti būseną. Tai reiškia, kad jie gali būti pagaminti į grandines ir tranzistorius, kurie anksčiau nebuvo pasiekti. "

Erene, MIT asocijuota profesorė, teigė, kad buvo numatytos šios grafeno charakteristikos, tačiau niekas to niekada nepadarė. Tyrimas pirmą kartą patvirtino grafeno pasirinkimą į nugaros elektronus ir pirmą kartą buvo įrodyta, kad grafenas gali valdyti elektroninės operacijos kryptį ir elektros energijos būklę. Eksperimentas padarė tai, ką kai kurie mokslininkai bandė pasiekti dešimtmečius be sėkmės, ir pasiūlė naują būdą sukurti kvantinius kompiuterius.

Masačiusetso technologijos instituto fizikos profesorius, kuris dalyvauja tyrime, sako, kad tyrimas atskleidžia naują tendenciją topologinių izoliatorių tyrimui. "Mes negalime numatyti, kokios išvados lems, tačiau jis išplečia mūsų mąstymą ir suteikia galimybių gaminti kelis įrenginius", - sakė jis. "

Sakė: "Kadangi reikia ekstremalios žemos temperatūros ir stiprios magnetinės aplinkos, norint pasiekti tokį reikalavimą nėra lengva, todėl technologija, kurią gamina kvantinis kompiuteris, yra labai profesionali įranga, pirmiausia gali būti naudojama aukšto prioriteto skaičiavimams užduotys." Be to, norėdami sumažinti technologijos slenkstį, jie patikrins grafeno našumą mažesniu magnetiniu lauku (1 Tesla) ir aukštesnėje temperatūroje.