Valleitransistor in tweedimensionale materialen: een ingrediënt voor volledig optische kwantumtechnologieën

Onderzoekers van het Indian Institute of Technology Bombay hebben een nieuwe methode bedacht om daltransistors te bouwen in tweedimensionale materialen met behulp van korte lichtpulsen, waardoor we dichter bij het realiseren van praktische volledig optische kwantumtechnologieën komen.

Transistoren, essentiële componenten in elektronica, regelen de stroom van elektrische stroom en schakelen deze naar behoefte in en uit. Deze aan/uit-toestanden vertegenwoordigen de binaire eenheden, of bits, die ervoor zorgen dat conventionele computers kunnen functioneren. Nanotechnologie heeft elektronische apparaten ontwikkeld door ze te miniaturiseren en hun prestaties te verbeteren. Grafeen, een atomair dun materiaal met een hexagonale koolstofatoomstructuur, is een toonaangevend voorbeeld van het potentieel van nanotechnologie.

Wetenschappers hebben andere tweedimensionale materialen gesynthetiseerd, geïnspireerd door grafeen, die het potentieel hebben om een ​​revolutie teweeg te brengen in opkomende kwantumtechnologieën. Elektronen in deze materialen hebben een extra eigenschap genaamd vallei-pseudospin, die wordt geassocieerd met lokale energieminima. Deze materialen vertonen twee dalen die kunnen worden gezien als binaire eenheden, zoals 0 en 1, en hun superposities, die cruciaal zijn voor kwantumtechnologieën.

Deze valleien kunnen worden gebruikt om kwantuminformatie bij kamertemperatuur te coderen, te verwerken en op te slaan, waardoor veilige codering en nieuwe rekenmethoden mogelijk worden die onmogelijk zijn met conventionele computers. Bovendien bieden kwantumtechnologieën simulatietools die de ontwikkeling van innovatieve materialen en geneesmiddelen mogelijk maken.

De realisatie van daltransistors bij kamertemperatuur is essentieel voor praktische kwantumtechnologieën. Een daltransistor is een schakelaar waarmee dalselectieve bewerkingen naar behoefte tussen dalen kunnen worden geschakeld. Een korte dallevensduur vormt echter een grote uitdaging voor het maken van daltransistors.

Een recente publicatie in Fysieke beoordeling toegepast biedt hiervoor een oplossing. Onderzoekers Navdeep Rana en Gopal Dixit hebben een methode ontwikkeld voor het maken van daltransistors in tweedimensionale materialen met behulp van een reeks van drie korte lichtpulsen om daloperaties te regelen.

De onderzoekers toonden aan dat hun controleprotocol robuust en universeel is, aangezien ze een daltransistor observeerden in zowel grafeen als molybdeendisulfide, een ander tweedimensionaal materiaal.

Dit werk overtreft het huidige valleytronics-paradigma en introduceert de mogelijkheid van vallei-transistors die werken met petahertz (PHz) -snelheden, die de huidige rekensnelheden aanzienlijk overschrijden.

Volgens prof. Gopal Dixit: “Met de beschikbaarheid van daltransistors in 2D-materialen, zouden geminiaturiseerde kwantumcomputers die op kamertemperatuur werken, net als gewone computers, in de nabije toekomst werkelijkheid kunnen worden.”