Az optikát és az elektronikát kvantumjelenség köti össze
A Ralph Claessen professzor, würzburgi kvantumfizikus és a ct.qmat szóvivője által vezetett nemzetközi kutatócsoport most egy döntő felfedezést tett. „Első alkalommal tudtunk topológiai szigetelőben excitonként ismert kvázirészecskéket generálni és kísérletileg kimutatni. Ezért létrehoztunk egy új eszköztárat szilárdtestfizika amelyek az elektronok optikai szabályozására használhatók” – mondja Claessen. „Ez az elv egy új típusú elektronikus alkatrészek alapjává válhat.”
Köszönet: Würzburgi Egyetem
Az excitonok elektronikus kvázirészecskék. Bár úgy tűnik, hogy független részecskékként viselkednek, valójában egy gerjesztett elektronikus állapotot képviselnek, amely csak bizonyos típusú kvantumanyagban állítható elő. „Az excitonokat úgy hoztuk létre, hogy rövid fényimpulzust vittünk fel egy vékony filmre, amely mindössze egyetlen atomrétegből áll” – magyarázza Claessen. Ebben az a szokatlan, mondja, hogy az excitonokat egy topológiai szigetelőben aktiválták – ez korábban nem volt lehetséges. „Ez egy teljesen új kutatási irányt nyitott a topológiai szigetelők számára” – teszi hozzá Claessen.
Körülbelül tíz éve vizsgálják az excitonokat más kétdimenziós félvezetőkben, és a fény által hajtott alkatrészek információhordozóinak tekintik. „Első alkalommal sikerült optikailag gerjeszteni a gerjesztőket topológiai szigetelőben. A fény és az excitonok közötti kölcsönhatás azt jelenti, hogy az ilyen anyagokban új jelenségekre számíthatunk. Ezt az elvet például qubitek generálására lehetne használni” – mondja Claessen.
A qubitek a kvantumchipek számítási egységei. Sokkal jobbak a hagyományos biteknél, és percek alatt megoldják azokat a feladatokat, amelyekhez a hagyományos szuperszámítógépeknek szó szerint évekbe telnének.i Az elektromos feszültség helyett a fény használata sokkal gyorsabb feldolgozási sebességű kvantumchipeket tesz lehetővé. A legújabb eredmények tehát utat nyitnak a jövő felé kvantumtechnológiák valamint a mikroelektronikai fényhajtású eszközök új generációja.
Globális szakértelem Würzburgból
A megfelelő kiindulási anyag kulcsfontosságú – ebben az esetben a bizmutén. „A grafén csodaanyag nehéz testvére” – mondja Claessen, aki öt évvel ezelőtt először szabta meg a topológiai szigetelőt a laboratóriumban. „Mi vagyunk a globális vezetők ezen a területen” – teszi hozzá.
„Kifinomult anyagtervezésünknek köszönhetően az egyetlen réteg bizmutén atomjai méhsejt-mintázatban helyezkednek el, akárcsak a graféné. A különbség az, hogy a bizmutén nehéz atomjai topologikussá teszik szigetelő, vagyis veszteség nélkül képes áramot vezetni a széle mentén – még szobahőmérsékleten is. Ezt a grafén nem tudja megtenni.”
Hatalmas potenciál
Most, hogy a kutatócsoport excitonokat generált a topológiai szigetelő most először a figyelem magukra a kvázirészecskékre irányul.
A ct.qmat tudósai azt vizsgálják, hogy a bizmutén topológiai tulajdonságai átkerülnek-e az excitonokra. Ennek tudományos bizonyítása a következő mérföldkő a kutatók számára. Ez akár a topológiai qubitek felépítésének is kikövezheti az utat, amelyek különösen robusztusnak számítanak a nem topológiai megfelelőikhez képest.
