Ljósfræði og rafeindatækni eru tengd saman af skammtafræðifyrirbæri
Alþjóðlegt rannsóknarteymi undir forystu prófessors Ralph Claessen, skammtaeðlisfræðings frá Würzburg og annar talsmaður ct.qmat, hefur nú gert mikilvæga uppgötvun. „Í fyrsta skipti hefur okkur tekist að mynda og í tilraunaskyni greint hálfagnir sem kallast örvunarefni í staðfræðilegum einangrunarefni. Við höfum þannig búið til nýtt verkfærasett fyrir eðlisfræði á föstu formi sem hægt er að nota til að stjórna rafeindum sjónrænt,“ segir Claessen. „Þessi regla gæti orðið grundvöllur nýrrar tegundar rafeindaíhluta.
Inneign: Háskólinn í Würzburg
Excitons eru rafrænar hálfagnir. Þó þær virðast haga sér eins og sjálfstæðar agnir, þá tákna þær í raun spennt rafeindaástand sem aðeins er hægt að mynda í ákveðnum gerðum skammtaefna. „Við bjuggum til örvun með því að beita stuttum ljóspúlsi á þunna filmu sem samanstendur af aðeins einu lagi af atómum,“ útskýrir Claessen. Það sem er óvenjulegt við þetta, segir hann, er að örvunarefnin voru virkjuð í staðfræðilegum einangrunarbúnaði - eitthvað sem var ekki mögulegt áður. „Þetta hefur opnað alveg nýja rannsóknarlínu fyrir staðfræðilega einangrunaraðila,“ bætir Claessen við.
Í um það bil tíu ár hafa örvar verið rannsökuð í öðrum tvívíðum hálfleiðurum og litið á þær sem upplýsingabera fyrir ljósdrifna íhluti. „Í fyrsta skipti hefur okkur tekist að örva örvunarefni með sjónrænum hætti í staðfræðilegum einangrunarbúnaði. Samspil ljóss og örvunar þýðir að við getum búist við nýjum fyrirbærum í slíkum efnum. Þessa meginreglu væri til dæmis hægt að nota til að búa til qubits,“ segir Claessen.
Qubits eru tölvueiningar fyrir skammtaflísar. Þeir eru mun betri en hefðbundnir bitar og gera kleift að leysa verkefni innan nokkurra mínútna sem hefðbundnar ofurtölvur myndu bókstaflega taka mörg ár fyrir.i Notkun ljóss í stað rafspennu gerir skammtaflísum kleift með mun hraðari vinnsluhraða. Nýjustu niðurstöðurnar ryðja því brautina fyrir framtíðina skammtatækni og nýrri kynslóð ljósdrifna tækja í örraeindatækni.
Alheimsþekking frá Würzburg
Rétt upphafsefni skiptir sköpum - í þessu tilfelli bismúten. „Þetta er þungt systkini kraftaverkaefnisins grafen,“ segir Claessen, sem fyrst sérsniði staðfræðilega einangrunarbúnaðinn í rannsóknarstofunni fyrir fimm árum. „Við erum leiðandi á þessu sviði á heimsvísu,“ bætir hann við.
„Vegna háþróaðrar efnishönnunar okkar er atómum eins lags bismútens raðað í hunangsseimamynstur, alveg eins og grafen. Munurinn er sá að þung atóm bismútens gera það að staðfræðilegu Einangrun, sem þýðir að það getur leitt rafmagn meðfram brúninni án taps - jafnvel við stofuhita. Þetta er ekki hægt að gera með grafeni.“
Miklir möguleikar
Nú þegar rannsóknarhópurinn hefur framkallað spennu í a topological einangrunarefni í fyrsta skipti er athyglinni beint að hálfkornunum sjálfum.
Vísindamenn á ct.qmat eru að kanna hvort staðfræðilegir eiginleikar bismútens séu fluttir yfir í örvunarefni. Að sanna þetta vísindalega er næsti áfangi sem vísindamennirnir hafa augastað á. Það gæti jafnvel rutt brautina fyrir byggingu staðfræðilegra qubita, sem eru taldir sérstaklega sterkir miðað við óstaðfræðilega hliðstæða þeirra.
