MIT将“魔术”超导材料转换成多功能电子设备

纳米镜结构艺术表示作物

新型麻省理工学院纳米型纳米型纳米石的纳米镜结构的艺术表示。两个扭曲的石墨烯由蜂窝状晶格中的金属 - 蓝碳原子表示。石墨烯上方和下方的电极(栅极)以金表示。电子由较小的浅蓝色圆圈表示。信用:图片由艾拉马鲁工作室提供

三个工作石墨烯.基础的设备可以产生新的洞察超导性。

麻省理工学院研究人员和同事已经将由原子薄层组成的“魔法”材料转化为三个有用的电子设备。通常,这种装置,Quantum电子行业的所有关键是使用需要多种制造步骤的各种材料来创建。麻省理工学院方法自动解决与这些更复杂的过程相关的各种问题。

结果,该工作可以迎来新一代的量子电子设备,用于包括在内的应用量子计算。此外,该装置可以是超导,或导电而不会导电。然而,他们这样做,通过一种非常规的机制,通过进一步研究,可以对超导性物理学提供新的见解。研究人员报告了他们在2021年5月3日的结果,问题自然纳米技术

“在这项工作中,我们已经证明了魔法角图石墨烯是所有超导材料的最通用,允许我们在单个系统中实现多个量子电子设备。使用这个高级平台,我们已经能够探索第一次只出现在两个维度中的新型超导物理学,“MIT和MIT的MIT和Metersics的Mitics of Mitics of Mit和Ida Green教授说。Jarillo-Herrero也隶属于麻省理工学院的材料研究实验室。

魔法角度

新的“魔法”材料基于石墨烯,单层碳原子排列在类似蜂窝结构的六边形中。由于2004年第一次明确明确的石墨烯分离,因此由于其独特的特性,本材料的兴趣飙升。例如,它比钻石,透明和灵活强。它还容易进行热量和电力。

2018年,Jarillo-Herrero集团制作了一个令人惊讶的发现涉及两层石墨烯,一个放在另一层上。然而,这些层并不完全彼此之上;相反,一个人以1.1度的“魔法角度”略微旋转。

Daniel Rodan-Legrain

麻省理工学院研究生Daniel Rodan-Legrain将在他的工作中使用的芯片载体开发新的基于石墨烯的电子设备。他旁边旁边是一个类似于工作中使用的稀释冰箱。信贷:Bharath Kannan

得到的结构允许石墨烯是超导体或绝缘体(这防止电流的流动),这取决于电场提供的系统中的电子数量。基本上,该团队能够通过改变旋钮转动时的电压将石墨烯调整成完全不同的状态。

整体“魔法”材料,正式被称为魔法角扭曲双层石墨烯(MATBG),在研究界产生了强烈的兴趣,甚至鼓励称为扭曲的新领域。它也在当前工作的核心。

2018年,Jarillo-Herrero和同事通过单个电极或金属栅极改变了所提供给魔法材料的电压。在目前的工作中,“我们将多个盖茨引入了对不同电场的材料对材料的不同区域,”物理研究生和领导作者的研究生罗丹虎自然纳米技术纸。

突然间,该团队能够将相同的魔力材料的不同部分调整成一个过多的电子国家,从超导到绝缘到介于两者之间。然后,通过以不同的配置应用栅极,它们能够再现通常以完全不同的材料创建的电子电路的所有部分。

工作设备

最终,该团队使用这种方法来创建三种不同的工作量子电子设备。这些设备包括Josephson结或超导开关。Josephson结是超导量子计算机背后的量子位或Qubits的构建块。它们还具有各种其他应用,例如将其结合到能够做出非常精确测量磁场的装置中。

该团队还创建了两个相关设备:光谱隧道装置和单电子晶体管,或用于控制电动的运动的非常敏感的装置,在字面上一次电子。前者是研究超导性的关键,而后者具有各种应用,部分原因是其对电场的极端敏感性。

所有三个设备都受益于由单个电可调谐材料制成。传统上制作的多种材料患有各种挑战。例如,不同的材料可能不兼容。“现在,如果你正在处理一个单一的材料,那些问题就会消失,”罗丹羊虎说。

电气工程系和计算机科学系的麻省理工学院副教授威廉奥利斯表示:“Matbg拥有其电气性质 - 金属,超导,绝缘等的非凡的财产 - 可以通过将电压施加到附近的栅极。在这项工作中,Rodan-Legrain等。已经表明,它们可以制造相当复杂的装置,包括通过电气门控的超导,正常和绝缘区域进行一片MATBG。传统方法是使用不同材料制造在几个步骤中的装置。通过MATBG,通过简单地改变栅极电压,所得到的设备完全可重新配置。“

对未来

所描述的工作自然纳米技术纸为许多潜在的未来进展铺平了道路。例如,Rodan-Legrain说,它可以用于从单个材料中创建第一电压可调QUBit,其可以应用于未来量子计算机。

此外,由于新系统能够更详细地研究MATBG中的神秘超导,并且与之相对容易,团队希望能够允许洞察高温超导体。电流超导体只能在非常低的温度下运行。“这实际上是[我们魔法材料背后]的一个大希望,”Rodan-Legrain说。“我们可以用它作为一种玫瑰花之石”,以更好地了解其高温堂兄弟?

在深入了解科学作品,罗丹队描述了团队在进行研究时遇到的惊喜。例如,实验中的一些数据并不对应于团队的初始期望。这是因为他们使用原子薄Matgb创建的Josephson结是二维的,因此具有与其3D传统对应物的显着不同的行为。“这是一个很好的让数据来了,看到他们,对他们感到困惑,然后进一步了解和理解我们所看到的。”

参考文献:“高度可调交叉路口和魔法石墨烯隧道效应的非本地约瑟夫森效应”由Daniel Rodan-Legrain,袁曹,Jeong Min Park,Sergio C. de la Barrera,Mallika T. Randeria,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi和Pablo Jarillo-Herrero,2021年5月3日,自然纳米技术
DOI:10.1038 / S41565-021-00894-4

除了Jarillo-Herrero和Rodan-Legrain之外,该文件的附加作者还是MIT材料研究实验室(MRL)的博士曹曹曹。化学系的研究生山敏园;yabovip2021Sergio C. de la Barrera,MRL中的博士;Mallika T. randeria,物理系Pappalardo Postdoctoral Contral博物馆;和Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi,在日本国家材料科学研究所。(Rodan-Legrain,Cao和Park都是纸张的平等贡献者。)

This work was supported by the U.S. National Science Foundation, the U.S. Department of Energy, the U.S. Army Research Office, the Fundació Bancaria “la Caixa,” the Gordon and Betty Moore Foundation, the Fundación Ramon Areces, an MIT Pappalardo Fellowship, and the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) of Japan.

1条评论在“麻省​​理工学院将”超导材料转变为多功能电子设备“

  1. 使这些非常便宜,并且您有很棒的计算和通信设备。许多并行制作完美的电力电子产品“晶体管”。只想在数字设备中使用,off是一个完美的绝缘体,就是超导体,我甚至没有确定如何定义它在数字电路中的禁止电压区域。
    在模拟中,它具有一个活动区域,其中栅极的电压变化导致CRISRENT的变化,可能是它的线性,就像你想要的那样。

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