Elektronai sukasi kvantiniais greitkeliais naujoje medžiagoje


6Te10, parodytas purpurine (teliūras), mėlyna (bismutas) ir žalia (mangano) spalva, gali veikti kaip magnetinis topologinis izoliatorius, laidantis elektrą. srovė (mėlyna) palei „kvantinį greitkelį“, neprarandant energijos. Tyrimas atskleidė, kad suderintas skirtingų medžiagų defektų veiksmas yra raktas į kvantines elektronines savybes. Kreditas: Čikagos universitetas” width=”800″ height=”494″/>

Mokslininkai parodė, kaip MnBi6The10, parodytas purpurine (teliūras), mėlyna (bismutas) ir žalia (mangano) spalva, gali veikti kaip magnetinis topologinis izoliatorius, praleidžiantis elektros srovę (mėlyna) „kvantiniu greitkeliu“ neprarasdamas energijos. Tyrimas atskleidė, kad suderintas skirtingų medžiagų defektų veiksmas yra raktas į kvantines elektronines savybes. Kreditas: Čikagos universitetas

Čikagos universiteto Pritzkerio molekulinės inžinerijos mokyklos (PME) mokslininkai atrado naują medžiagą MnBi.6The10, kuris gali būti naudojamas kuriant kvantinius greitkelius, kuriais gali judėti elektronai. Šios elektronų magistralės gali būti naudingos jungiant vidinius galingų, energiją taupančių kvantinių kompiuterių komponentus.

Kada elektronų juda tradiciniais metaliniais laidais, jie praranda nedidelį kiekį energijos – kaip šiluma – ir pasikeičia kai kurios jų būdingos savybės. Todėl šiais laidais negalima sujungti kvantinių kompiuterių dalių, kurios koduoja duomenis elektronų kvantinėse savybėse.

Naujame darbe, paskelbtame žurnale Nano raidėstyrėjai išsamiai paaiškino, kaip MnBi6The10 veikia kaip „magnetinis topologinis izoliatorius“, perkeliantis elektronus aplink savo perimetrą, išlaikant elektronų energetines ir kvantines savybes.

„Mes atradome medžiagą, kuri gali atverti kvantinį greitkelį, kad elektronai galėtų tekėti be sklaidos“, – sakė Asst. Prof. Shuolong Yang, vadovavęs tyrimui. „Tai svarbus etapas kuriant topologinius kvantinius kompiuterius.

Kvantinės jungtys

Kvantiniai kompiuteriai saugo duomenis kubitais – pagrindiniu informacijos vienetu, pasižyminčiu kvantinėmis savybėmis, įskaitant superpoziciją. Tuo pačiu metu mokslininkai dirba kurdami įrenginius, jungiančius tokius kubitus – kartais pavienių elektronų pavidalu – jiems taip pat reikia naujų medžiagų, kurios galėtų perduoti šiuose kubituose saugomą informaciją.

Teoriniai fizikai pasiūlė, kad elektronai galėtų būti perduodami tarp topologinių kubitų, priverčiant elektronus tekėti vienmačiu laidumo kanalu medžiagos krašte. Ankstesni bandymai tai padaryti reikalavo itin žemų temperatūrų, kurios daugeliu atvejų neįmanomos.

„Priežastis, dėl kurios nusprendėme panagrinėti šią konkrečią medžiagą, yra ta, kad manėme, kad ji veiks daug tikroviškesnėje temperatūroje“, – sakė Yang.

Yang grupė pradėjo studijuoti MnBi6The10, naudojant manganą, kad įmagnetintų puslaidininkį, sudarytą iš bismuto ir telūro. Nors elektronai atsitiktinai teka daugumos puslaidininkių viduje, magnetinis laukas MnBi6The10 priverčia visus elektronus į vienos rinkmenos liniją medžiagos išorėje.

PME tyrėjai gavo MnBi6The10 kurią sukūrė Pensilvanijos valstijos universiteto 2D Crystal konsorciumo bendradarbiai, vadovaujami Zhiqiang Mao. Tada komanda panaudojo dviejų metodų derinį –kampinės skiriamosios gebos fotoemisijos spektroskopija ir perdavimo elektronų mikroskopija (TEM) – tiksliai ištirti, kaip elektronai patenka į MnBi6The10 elgėsi ir kaip elektronų judėjimas kinta priklausomai nuo magnetinių būsenų. TEM eksperimentai buvo atlikti bendradarbiaujant su Pensilvanijos valstijos universiteto Nasim Alem laboratorija.

Pageidautini defektai

Kai jie tyrinėjo MnBi savybes6The10vienas dalykas iš pradžių pribloškė tyrėjų grupę: atrodė, kad kai kurios medžiagos dalys gerai veikė kaip magnetinės topologinės izoliacijos, o kitos – ne.

„Kai kurie iš jų turėjo norimas elektronines savybes, o kiti – ne, o įdomu tai, kad buvo labai sunku atskirti jų struktūras“, – sakė Yang. “Mes matėme tą patį, kai atlikome struktūrinius matavimus, tokius kaip rentgeno spindulių difrakcija, todėl tai buvo šiek tiek paslaptis.”

Tačiau savo TEM eksperimentais jie atskleidė, kad visi MnBi gabalai6The10 kad veikė, buvo kažkas bendro: trūkstamo mangano pavidalo defektai, išsibarstę visoje medžiagoje. Tolesni eksperimentai parodė, kad iš tikrųjų šie defektai buvo reikalingi magnetinei būsenai valdyti ir elektronams tekėti.

„Labai didelė šio darbo vertė yra tai, kad pirmą kartą mes supratome, kaip sureguliuoti šiuos defektus, kad būtų sukurtos kvantinės savybės“, – sakė Yang.

Mokslininkai dabar siekia naujų MnBi auginimo metodų6The10 kristalai laboratorijoje, taip pat zondavimas, kas atsitinka su itin plonomis, dvimatėmis medžiagos versijomis.

Daugiau informacijos:
Chenhui Yan ir kt., Subtilus feromagnetizmas MnBi6The10, Nano raidės (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02500

Citata: Elektronai slenka kvantiniais greitkeliais naujoje medžiagoje (2022 m. lapkričio 9 d.), gauta 2022 m. lapkričio 9 d. iš https://phys.org/news/2022-11-electrons-quantum-highways-material.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.