Twenting 2D -materialen creëert kunstmatige atomen die kwantumcomputers kunnen bevorderen

Door twee vlokken van speciale materialen te nemen die slechts één atoom dik zijn en ze onder hoge hoeken draaien, hebben onderzoekers van de Universiteit van Rochester unieke optische eigenschappen ontgrendeld die kunnen worden gebruikt in kwantumcomputers en andere kwantumtechnologieën.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Nano lettersde onderzoekers tonen aan dat het nauwkeurig gelaagde nano-dunne materialen excitonen creëert-in wezen, kunstmatige atomen-die kunnen fungeren als kwantuminformatiebits of qubits.

“Als we slechts een enkele laag van dit materiaal hadden dat we gebruiken, zouden deze donkere excitonen geen interactie aangaan met licht”, zegt Nickolas Vamivakas, de Marie C. Wilson en Joseph C. Wilson hoogleraar optische fysica. “Door de grote wending te doen, zet het kunstmatige atomen aan in het materiaal dat we optisch kunnen regelen, maar ze zijn nog steeds beschermd tegen de omgeving.”

Moiré is minder

Het werk bouwt voort op de Nobelprijs van 2010-winnende ontdekking dat het uit elkaar pellen van koolstof totdat het een enkele laag atomen bereikt, creëert een nieuw tweedimensionaal (2D) materiaal dat grafeen wordt genoemd met speciale kwantumkenmerken.

Wetenschappers hebben sindsdien onderzocht hoe de optische en elektrische eigenschappen van grafeen en andere 2D -materialen veranderen wanneer ze op elkaar liggen en gedraaid onder zeer kleine hoeken – opgeheven Moiré -superlatterijen. Wanneer grafeen bijvoorbeeld wordt gedraaid onder de “magische” hoek van 1,1 graden, creëert dit speciale patronen die eigenschappen produceren zoals supergeleiding.

Maar wetenschappers van Rochester’s Institute of Optics and Department of Physics and Astronomy namen een andere aanpak. Ze gebruikten molybdeen diselenide, een 2D -materiaal dat wispelturig is dan grafeen, en draaiden het onder veel hogere hoeken van maximaal 40 graden. Toch ontdekten de onderzoekers dat de gedraaide monolagen excitonen produceerden die in staat waren informatie te bewaren bij geactiveerd door licht.

“Dit was zeer verrassend voor ons”, zegt Arnab Barman Ray, een optiek Ph.D. kandidaat. “Molybdeen-diselenide is berucht omdat andere materialen in de familie van Moiré-materialen een betere informatie over het vasthouden van informatie vertonen. We denken dat als we sommige van die andere materialen onder deze grote hoeken gebruiken, ze waarschijnlijk nog beter zullen werken.”

Het team beschouwt dit als een belangrijke vroege stap in de richting van nieuwe soorten kwantumapparaten.

“Langs de lijn hopen we dat deze kunstmatige atomen kunnen worden gebruikt als geheugen of knooppunten in een kwantumnetwerk, of in optische holtes worden geplaatst om kwantummaterialen te maken”, zegt Vamivakas. “Dit kan de ruggengraat zijn voor apparaten zoals de volgende generatie lasers of zelfs hulpmiddelen om de kwantumfysica te simuleren.”