과학자들이 저항 없는 전자 채널을 만들 수 있는 새로운 기술

09년 2024월 XNUMX일

(나노 워크 뉴스) 로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab)가 이끄는 국제 연구팀은 최초의 원자 해상도 이미지를 촬영하고 키랄 인터페이스 상태의 전기적 제어를 시연했습니다. 이는 연구자들의 발전에 도움이 될 수 있는 이국적인 양자 현상입니다. 양자 컴퓨팅 에너지 효율적인 전자 제품.

주요 요점

• 과학자들이 양자 컴퓨팅 및 에너지 효율적인 전자 장치를 발전시키는 데 도움이 될 수 있는 이국적인 양자 현상에 대한 최초의 원자 해상도 이미지를 촬영했습니다.
• 이 연구를 통해 독특한 종류의 양자 절연체에서 전자 흐름의 시각화 및 제어가 가능해졌습니다.
• 이 발견은 연구자들이 미래에 효율적인 양자 컴퓨팅 및 저전력 자기 메모리 장치에 대한 가능성을 가지고 조정 가능한 전자 채널 네트워크를 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

2D 장치의 꼬인 단층-이중층 그래핀으로 만든 양자 변칙 홀 절연체의 키랄 인터페이스 상태 파동함수(밝은 줄무늬)에 대한 STM 이미지. (이미지: Canxun Zhang, Berkeley Lab) 키랄 인터페이스 상태는 전자가 한 방향으로만 이동할 수 있도록 하는 전도성 채널로, 전자가 뒤로 분산되어 에너지를 낭비하는 전기 저항을 유발하는 것을 방지합니다. 연구자들은 실제 물질의 키랄 계면 상태의 특성을 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있지만 공간적 특성을 시각화하는 것은 매우 어려운 것으로 나타났습니다. 그러나 이제 처음으로 버클리 연구소와 UC 버클리 연구팀이 촬영한 원자 해상도 이미지가 키랄 인터페이스 상태를 직접 시각화했습니다. 연구원들은 또한 2D 절연체에서 이러한 무저항 전도 채널의 주문형 생성을 시연했습니다. 저널에 보도된 그들의 작업 자연 물리 ("무아레 양자 변칙 홀 절연체에서 키랄 인터페이스 상태 조작")은 긴급한 기술적 요구 사항을 해결하기 위한 양자 재료의 설계 및 합성을 포함하여 양자 컴퓨팅 및 기타 양자 정보 시스템 응용 분야를 발전시키려는 Berkeley Lab의 광범위한 노력의 일부입니다. “이전 실험에서는 키랄 인터페이스 상태가 존재한다는 사실이 입증되었지만 누구도 그렇게 높은 해상도로 시각화한 적이 없습니다. 우리의 연구는 이러한 1D 상태가 원자 규모에서 어떻게 보이는지 처음으로 보여 주며, 이를 변경하고 생성하는 방법도 포함합니다. UC 버클리 물리학과. 그는 현재 UC Santa Barbara에서 박사후 연구원으로 재직하고 있습니다. 키랄 인터페이스 상태는 특정 유형의 경우에 발생할 수 있습니다. 2D 재료 QAH(양자 변칙 홀) 절연체는 벌크 절연체이지만 재료의 물리적 경계이자 다른 재료와의 인터페이스인 1차원 "가장자리"에서 저항 없이 전자를 전도합니다. 키랄 인터페이스 상태를 준비하기 위해 팀은 Berkeley Lab의 Molecular Foundry에서 작업하여 두 개의 원자적으로 얇은 그래핀 층의 스택인 꼬인 단층-이중층 그래핀이라는 장치를 제작했습니다. 그래 핀 서로에 대해 정확하게 회전하여 QAH 효과를 나타내는 모아레 초격자를 생성합니다. STM 이미지는 2D 장치의 꼬인 단층-이중층 그래핀으로 만든 QAH 절연체의 키랄 인터페이스 상태 파동함수(밝은 줄무늬)를 보여줍니다. 인터페이스는 그래핀 층 아래에 ​​배치된 게이트 전극의 전압을 변조하여 샘플 전체에서 이동할 수 있습니다. (이미지: Canxun Zhang, Berkeley Lab) UC Berkeley 물리학과의 후속 실험에서 연구원들은 다음을 사용했습니다. 주사 터널링 현미경 (STM)을 사용하여 샘플의 다양한 전자 상태를 감지하여 키랄 인터페이스 상태의 파동함수를 시각화할 수 있습니다. 다른 실험에서는 그래핀 층 아래에 ​​배치된 게이트 전극의 전압을 변조함으로써 키랄 인터페이스 상태가 샘플 전체에서 이동할 수 있음을 보여주었습니다. 제어에 대한 마지막 시연에서 연구원들은 STM 프로브 팁의 전압 펄스가 키랄 인터페이스 상태를 샘플에 "쓰고" 지울 수 있으며 전자가 반대 방향으로 흐르는 새로운 상태를 다시 쓸 수도 있음을 보여주었습니다. 이 발견은 연구자들이 미래의 에너지 효율적인 마이크로 전자공학 및 저전력 자기 메모리 장치에 대한 약속과 QAH 절연체의 이국적인 전자 거동을 활용하는 양자 계산을 위해 조정 가능한 전자 채널 네트워크를 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구자들은 양자 계산을 가능하게 하는 새로운 유형의 준입자인 애니온(anyons)과 같은 관련 물질에서 더 이국적인 물리학을 연구하기 위해 자신의 기술을 사용할 계획입니다. “우리의 결과는 이전에는 불가능했던 정보를 제공합니다. 아직 갈 길이 멀지만 이는 좋은 첫걸음이다”라고 장(Zhang)이 말했다.

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• 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64994.php