原子般薄的扭曲石墨烯具有独特的特性 可以推动量子计算的发展

2021年09月12日 07:36 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

研究人员描述了电子如何在二维层状石墨烯中移动,这些发现可能引领未来量子计算平台设计的进步。发表在《物理评论快报》上的新研究描述了电子如何在双层石墨烯的两种不同结构形态中移动,双层石墨烯是碳的原子厚度形式。

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新的合作研究描述了电子如何在双层石墨烯(碳的原子厚度形式)的两种不同配置中移动。这些结果提供了研究人员可以用来在未来设计更强大和安全的量子计算平台的见解。

这项研究是布鲁克海文国家实验室、宾夕法尼亚大学、新罕布什尔大学、石溪大学和哥伦比亚大学合作的结果,提供了研究人员可以用来在未来设计更强大和安全的量子计算平台的见解。

"今天的计算机芯片是基于我们对电子如何在半导体,特别是硅中移动的了解,"第一作者和共同通讯作者、布鲁克海文大学的博士后Dai Zhongwei说。"但是硅的物理特性正在达到一个物理极限,即可以制造多小的晶体管,以及一个芯片上可以容纳多少个。如果我们能够理解电子如何在二维材料的缩小尺寸中以几纳米的小尺度移动,我们也许能够解开另一种利用电子进行量子信息科学的方法。"

当一种材料被设计成这些小尺度,达到几纳米大小时,它将电子限制在一个尺寸与自身波长相同的空间,导致材料的整体电子和光学特性发生变化,这一过程被称为量子限制。在这项研究中,研究人员使用石墨烯来研究电子和光子(或光的粒子)的这些禁锢效应。

这项工作依赖于宾大和布鲁克海文独立开发的两项进展。宾夕法尼亚大学的研究人员,包括查理·约翰逊实验室的前博士后、现就职于香港中文大学的Gao Zhaoli使用一种独特的梯度合金生长基质来生长具有三种不同领域结构的石墨烯:单层、贝纳尔叠层和扭曲的双层。然后,石墨烯材料被转移到布鲁克海文开发的一种特殊基底上,使研究人员能够探测该系统的电子和光学共振。

研究人员能够检测到电子和光学层间共振,并发现在这些共振状态下,电子在2D界面上以相同的频率来回移动。他们的结果还表明,在扭曲的配置中,两层之间的距离明显增加,这影响了电子如何因为层间相互作用而移动。他们还发现,将其中一个石墨烯层扭曲30°也会将共振转移到一个较低的能量上去。用旋转的石墨烯制成的设备可能具有非常有趣和意想不到的特性,因为电子可以在其中移动的层间间距增加。

在未来,研究人员将利用扭曲的石墨烯制造新的设备,同时在这项研究结果的基础上,观察向层状石墨烯结构添加不同的材料如何影响下游的电子和光学性能。

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