De ontdekking van een elektrisch veld in een vortex zou een impact kunnen hebben op quantum computing

Onderzoekers van de City University of Hong Kong (CityUHK) en lokale partners hebben een nieuw elektrisch wervelveld waargenomen met het potentieel om toekomstige elektronische, magnetische en optische apparaten te verbeteren.

Het onderzoek, “Polaire en quasi-kristalvortex waargenomen in gedraaid dubbellaags molybdeendisulfide” gepubliceerd in Wetenschapis zeer waardevol omdat het de werking van veel apparaten kan verbeteren, inclusief het versterken van de geheugenstabiliteit en de rekensnelheid.

Met verder onderzoek kan de ontdekking van het elektrische vortexveld ook gevolgen hebben voor de domeinen van quantum computing, spintronica en nanotechnologie.

“Voorheen vereiste het genereren van een elektrisch wervelveld dure technieken voor depositie van dunne films en complexe procedures. Ons onderzoek heeft echter aangetoond dat een simpele draai in dubbellaagse 2D-materialen dit elektrische wervelveld gemakkelijk kan induceren”, zegt professor Ly Thuc Hue van de afdeling Scheikunde en kernlid van het Center of Super-Diamond and Advanced Films bij CityUHK.

Om een ​​schone interface te bereiken, synthetiseerden onderzoekers doorgaans rechtstreeks dubbellagen. Het is echter een uitdaging om de vrijheid te behouden bij het draaien van hoeken, vooral bij draaien met een lage hoek. Het team van professor Ly heeft de innovatieve, door ijs ondersteunde overdrachtstechniek uitgevonden, die volgens haar cruciaal is geweest voor het bereiken van een schoon grensvlak tussen dubbellagen, waardoor ze vrijelijk gedraaide dubbellagen kunnen manipuleren en creëren.

In tegenstelling tot eerdere onderzoeken die zich richtten op draaihoeken kleiner dan 3 graden, stelde de techniek van het team hen in staat een breed spectrum aan draaihoeken te creëren, variërend van 0 tot 60 graden, door gebruik te maken van zowel synthese als kunstmatige stapeling via ijsondersteunde overdracht.

Veelzijdige toepassingen

De ontdekking van het nieuwe elektrische vortexveld in de gedraaide dubbellaag heeft ook een 2D-quasikristal gecreëerd, dat potentieel toekomstige elektronische, magnetische en optische apparaten kan verbeteren. Quasikristallen zijn wenselijke onregelmatig geordende structuren vanwege hun lage warmte- en elektrische geleidbaarheid, waardoor ze ideaal zijn voor oppervlaktecoatings met hoge sterkte, zoals in braadpannen.

Volgens professor Ly kunnen deze structuren een veelzijdig scala aan toepassingen hebben, omdat het gegenereerde elektrische wervelveld verschilt afhankelijk van de hoek van de draaiing. De quasikristallen kunnen resulteren in een stabieler geheugeneffect voor elektronische apparaten, ultrasnelle mobiliteit en snelheid voor computers, dissipatieloze polarisatieschakeling, nieuwe polariseerbare optische effecten en vooruitgang in de spintronica.

Ontdekking van een nieuwe techniek

Het team overwon veel moeilijkheden op weg naar het maken van de nieuwe waarneming. Ten eerste moesten ze een manier vinden om een ​​schone interface tussen dubbellagen tot stand te brengen. Dit bracht hen ertoe een nieuwe techniek te ontdekken waarbij ijs als overdrachtsmateriaal wordt gebruikt, een primeur op dit gebied.

Door 2D-materialen te synthetiseren en over te dragen met behulp van een dunne laag ijs, bereikte het team schone interfaces die gemakkelijk te manipuleren waren. Vergeleken met andere technieken is deze ijsondersteunde overdrachtstechniek effectiever, minder tijdrovend en kosteneffectiever.

Vervolgens moesten ze de uitdaging van het analyseren van het materiaal overwinnen. Uiteindelijk deden ze de ontdekking door het gebruik van vierdimensionale transmissie-elektronenmicroscopie (4D-TEM) en samenwerking met andere onderzoekers. In een van hun vele testfasen werd de gedraaide dubbellaagse 2D-structuur gecreëerd en werd het nieuwe elektrische wervelveld waargenomen.

Kijkend naar de toekomst

Gezien het uitgebreide scala aan toepassingen voor draaihoeken, kijkt het team ernaar uit om hun onderzoek voort te zetten op basis van de nieuwe waarneming en het volledige potentieel ervan te verkennen.

De volgende stappen voor hun onderzoek zullen zich richten op het verder manipuleren van het materiaal, zoals testen of het stapelen van meer lagen mogelijk is, of om te zien of hetzelfde effect kan worden gegenereerd met andere materialen.

Nadat ze hun door ijs ondersteunde overdrachtstechniek hebben gepatenteerd, kijkt het team ernaar uit om te zien of er wereldwijd andere ontdekkingen kunnen worden gedaan met behulp van hun techniek, nu het mogelijk is om schone dubbellaagse interfaces te realiseren zonder uitgebreide en dure procedures.

“Deze studie had het potentieel om een ​​nieuw veld te ontketenen dat zich richt op het verdraaien van vortexvelden in nanotechnologie en kwantumtechnologie”, concludeerde professor Ly, waarbij hij benadrukte dat de ontdekking, hoewel nog in de beginfase qua toepassing, een grote game-changer zou kunnen zijn. in apparaattoepassingen zoals geheugen, kwantumcomputers, spintronica en detectieapparatuur.