攻丝石墨烯的隐藏潜力,以获得量子信息科学的进步

二氧化硅芯片上的石墨烯装置 二氧化硅/硅芯片上的石墨烯装置的光学图像。闪亮的金属线连接到金电极进行电气测量。信用:Guorui Chen / Berkeley Lab
二氧化硅芯片上的石墨烯装置

二氧化硅/硅芯片上的石墨烯装置的光学图像。闪亮的金属线连接到金电极进行电气测量。信用:Guorui Chen / Berkeley Lab

伯克利实验室科学家挖掘石墨烯.隐藏的人才作为电动调谐超导体,绝缘体和磁性装置,用于推进量子信息科学。

自格拉氏在2004年的发现以来,科学家们看了看这种有才华的原子薄2D材料的方法。比单股薄而脱氧核糖核酸然而,比钢更强的200倍,石墨烯是电力和热量的优良导体,并且它可以符合从超薄2D片材到电子电路的任何数量的形状。

Last year, a team of researchers led by Feng Wang, a faculty scientist in Berkeley Lab’s Materials Sciences Division and a professor of physics at UC Berkeley, developed a multitasking graphene device that switches from a superconductor that efficiently conducts electricity, to an insulator that resists the flow of electric current, and back again to a superconductor.

现在,如今在期刊上报道自然,研究人员已经挖掘了他们的石墨烯系统的杂耍人才,而不只是两个性质,而是三:超导,绝缘和一种称为铁磁性的磁性。多任务设备可以做出新的物理实验,例如追求电路的研究,以便更快,下一代电子产品如下量子计算技术。

三层石墨烯材料三明治

在纳米制作过程(左)期间夹在氮化硼层之间的三层石墨烯材料的光学图像;以及带金电极(右)的三层石墨烯/氮化硼装置。信用:Guorui Chen / Berkeley Lab

“到目前为止,同时显示超导,绝缘和磁性的材料非常罕见。大多数人认为,难以诱导石墨烯中的磁性,因为它通常不是磁性。我们的石墨烯系统是第一个在单一样本中结合所有三种性质的系统,“王伯克利UC伯克利Ultrafast纳米光学集团的博士·研究员Guorui Chen表示,”研究的潜在客户“。

用电动开启石墨烯的隐藏潜力

石墨烯在电子产品中有很多潜力。Its atomically thin structure, combined with its robust electronic and thermal conductivity, “could offer a unique advantage in the development of next-generation electronics and memory storage devices,” said Chen, who also worked as a postdoctoral researcher in Berkeley Lab’s Materials Sciences Division at the time of the study.

问题是当今电子产品中使用的磁性材料由铁磁性金属制成,例如铁或钴合金。铁磁材料,如公共酒吧磁铁,有北极和南极。当铁磁材料用于将数据存储在计算机的硬盘上时,这些磁极向上或向下点,表示零和一个调用位。

然而,石墨烯不是由磁性金属制成的 - 它由碳制成。

所以科学家们提出了一个创造性的解决方法。

三层石墨烯超略图

三叶子石墨烯/硼氮化物Moiré超略图的例证与电子和铁磁特性的。信用:Guorui Chen / Berkeley Lab

它们设计了超薄装置,厚度为1纳米,具有三层原子薄石墨烯。当夹在2D氮化硼之间时,石墨烯层 - 描述为研究中的三层石墨烯 - 形成称为Moiré超晶格的重复模式。

通过将电压通过石墨烯装置的栅极施加,装置中的电力产生电子在装置中沿同一方向圈出来,就像围绕轨道的小型赛车。这产生了强大的动力,将石墨烯装置转变为铁磁系统。

更多的测量显示了一套惊人的新特性:石墨烯系统的内部不仅变得磁性,而且是绝缘;尽管磁力,其外边缘变形成电子电流的通道,其移动而不会阻力。研究人员说,这些属性表征了一类被称为Chern Insulator的绝缘体。

双门控三层石墨烯/氮化硼器件示意图

双门控三层石墨烯/氮化硼装置的示意图。插图显示了三层石墨烯和底部氮化硼层之间的莫尔超晶格图案。信用:Guorui Chen / Berkeley Lab

甚至更令人惊讶的是,由CAMASACHUSTTS技术学院的CON-HUI ZHANG的计算甚至更令人惊讶地展示了石墨烯装置不仅仅是一个但两个导电边缘,使其成为第一个观察到的“高阶CHERN绝缘体”的结果三层石墨烯中的强电子相互作用。

科学家们一直在称为拓扑领域的Chern Insulator的热追求,调查了异国情调的物质状态。Chern Insulator提供潜在的新方法来操纵量子计算机中的信息,其中数据存储在量子位或QUBITS中。量子位可以表示一个,零或一个状态,其中它同时是一个和零。

“我们的发现表明石墨烯是研究不同物理学的理想平台,从单粒子物理到超导,现在拓扑物理学,以在2D材料中研究物质阶段的量子阶段,”陈说。“我们现在可以探讨一个小型设备的新物理只有100万只毫米厚。”

研究人员希望与他们的石墨烯设备进行更多的实验,以更好地了解Chern绝缘体/磁铁的出现方式以及其不寻常的特性背后的力学。

参考:“可调相关的Chern绝缘体和铁磁性在莫尔超级雕刻”,由Guorui Chen,Aaron L. Sharpe,Eli J. Fox,Ya-Hui Zhang,绍兴王,丽丽江,博索林,宏源李,肯尼·沃坦,Takashi Taniguchi,志文史,T. Senthil,David Goldhaber-Gordon,Yuanbo Zhang和Feng Wang,2020年3月4日,自然
DOI:10.1038 / s41586-020-2049-7

伯克利实验室的研究人员;UC Berkeley;斯坦福大学;斯拉克国家加速器实验室;麻省理工学院;中国上海交通大学先进微观结构和复旦大学的协作创新中心;日本国家材料科学研究院参加了这项工作。

这项工作得到了对材料中的Quantum Conherence的新途径中心,由美国能源部资助的能源前沿研究中心提供支持。

1条评论论“攻丝石墨烯的隐藏潜力”

  1. 谢谢你这样的信息文章!我决定写一篇关于我大学任务的大规模信息科学进步的类似主题。我不知道从设备中的电力产生电子的力需要通过石墨烯装置的栅极施加电压。由于我们的导师,我们可以使用外部来源来完成任务。我找到了这个https://samplius.com/free-essay-examples/information-science-and-technology/资源包含关于信息科学技术的许多有用文件示例。

发表评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。