Quang học và điện tử được liên kết bởi một hiện tượng lượng tử
Một nhóm nghiên cứu quốc tế đứng đầu là Giáo sư Ralph Claessen, nhà vật lý lượng tử từ Würzburg và là đồng phát ngôn viên của ct.qmat, hiện đã có một khám phá quan trọng. “Lần đầu tiên, chúng tôi đã có thể tạo ra và phát hiện bằng thực nghiệm các quasiparticle được gọi là exciton trong một chất cách điện tôpô. Do đó, chúng tôi đã tạo ra một bộ công cụ mới cho vật lý chất rắn Claessen nói. “Nguyên tắc này có thể trở thành cơ sở cho một loại linh kiện điện tử mới.”
Tín dụng: Đại học Würzburg
Exciton là quasiparticles điện tử. Mặc dù chúng dường như hành xử giống như các hạt độc lập, nhưng chúng thực sự đại diện cho một trạng thái điện tử bị kích thích chỉ có thể được tạo ra trong một số loại vật chất lượng tử nhất định. Claessen giải thích: “Chúng tôi đã tạo ra các exciton bằng cách áp dụng một xung ánh sáng ngắn vào một màng mỏng chỉ bao gồm một lớp nguyên tử. Ông nói, điều bất thường về điều này là các exciton đã được kích hoạt trong một chất cách điện topo—điều không thể thực hiện được trước đây. Claessen cho biết thêm: “Điều này đã mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới cho chất cách điện tô pô.
Trong khoảng mười năm, exciton đã được nghiên cứu trong các chất bán dẫn hai chiều khác và được coi là chất mang thông tin cho các thành phần điều khiển bằng ánh sáng. “Lần đầu tiên, chúng tôi đã thành công trong việc kích thích các exciton về mặt quang học trong một chất cách điện tôpô. Sự tương tác giữa ánh sáng và exciton có nghĩa là chúng ta có thể mong đợi những hiện tượng mới trong những vật liệu như vậy. Nguyên tắc này có thể được sử dụng, ví dụ, để tạo qubit,” Claessen nói.
Qubit là đơn vị tính toán cho chip lượng tử. Chúng vượt trội hơn nhiều so với các bit truyền thống và cho phép giải quyết các tác vụ trong vòng vài phút mà các siêu máy tính thông thường phải mất hàng năm trời.i Sử dụng ánh sáng thay vì điện áp cho phép các chip lượng tử có tốc độ xử lý nhanh hơn nhiều. Do đó, những phát hiện mới nhất mở đường cho tương lai công nghệ lượng tử và một thế hệ mới của các thiết bị điều khiển ánh sáng trong vi điện tử.
Chuyên môn toàn cầu từ Würzburg
Nguyên liệu ban đầu phù hợp là rất quan trọng—trong trường hợp này là bismuthene. Claessen, người đầu tiên chế tạo chất cách điện tô pô trong phòng thí nghiệm cách đây XNUMX năm, cho biết: “Đó là người anh em nặng ký của vật liệu kỳ diệu graphene. “Chúng tôi là những người dẫn đầu toàn cầu trong lĩnh vực này,” ông nói thêm.
“Do thiết kế vật liệu phức tạp của chúng tôi, các nguyên tử của một lớp bismuthene được sắp xếp theo mô hình tổ ong, giống như graphene. Sự khác biệt là các nguyên tử nặng của bismuthene làm cho nó trở thành một cấu trúc liên kết chất cách điện, nghĩa là nó có thể dẫn điện dọc theo mép mà không bị suy hao—ngay cả ở nhiệt độ phòng. Điều này không thể được thực hiện bởi graphene.”
Tiềm năng to lớn
Bây giờ nhóm nghiên cứu đã tạo ra các exciton trong một chất cách điện topo lần đầu tiên, sự chú ý được chuyển sang bản thân các quasiparticle.
Các nhà khoa học tại ct.qmat đang điều tra xem liệu các đặc tính cấu trúc liên kết của bismuthene có được chuyển sang các exciton hay không. Chứng minh điều này một cách khoa học là cột mốc tiếp theo mà các nhà nghiên cứu hướng tới. Nó thậm chí có thể mở đường cho việc xây dựng các qubit cấu trúc liên kết, được coi là đặc biệt mạnh mẽ so với các qubit phi cấu trúc liên kết của chúng.
nguồn: Một cột mốc mới cho thiết bị điện tử điều khiển bằng ánh sáng
