Přímá vizualizace kvantových teček ukazuje tvar funkce kvantové vlny zachycených elektronů

Vizualizace kvantových teček ve dvouvrstvém grafu pomocí skenovací tunelovací mikroskopie a spektroskopie odhaluje trojitou symetrii. V tomto trojrozměrném obrazu představují vrcholy umístění s vysokou amplitudou ve tvaru vlny zachycených elektronů. Fotografický kredit: Zhehao Ge, Frederic Joucken a Jairo Velasco Jr.

Vědci použili skenovací tunelovací mikroskop k vizualizaci kvantových teček ve dvojité vrstvě Graf, důležitý krok směrem ke kvantovým informačním technologiím.

Zachycování a ovládání elektronů ve dvouvrstvých grafenových kvantových tečkách poskytuje slibnou platformu pro kvantové informační technologie. Vědci z UC Santa Cruz nyní dosáhli první přímé vizualizace kvantových teček ve dvouvrstvých grafech a odhalili tvar funkce kvantové vlny zachycených elektronů.

Výsledky zveřejněné 23. Listopadu 2020 v Nano písmena, poskytnout důležité základní znalosti potřebné pro vývoj kvantových informačních technologií založených na dvouvrstvých grafových kvantových tečkách.

„Bylo vyvinuto mnoho práce na vývoji tohoto systému pro kvantovou informační vědu, ale nerozumíme tomu, jak vypadají elektrony v těchto kvantových tečkách,“ uvedl autor Jairo Velasco mladší, odborný asistent fyziky na UC Santa Cruz.

Zatímco konvenční digitální technologie kódují informace v bitech, které jsou reprezentovány buď jako 0 nebo 1, kvantový bit nebo qubit může kvůli kvantové superpozici představovat oba stavy současně. Teoreticky technologie založené na qubitech umožní masivní zvýšení výpočetní rychlosti a kapacity pro určité typy výpočtu.

Různé platformy založené na materiálech od diamantu po arsenid galia jsou zkoumány jako platformy pro vytváření a manipulaci qubits. Dvouvrstvý grafen (dvě vrstvy grafenu, dvourozměrné pole atomů uhlíku ve voštinové mřížce) je atraktivní materiál, protože se snadno vyrábí a zpracovává, a kvantové tečky ve dvouvrstvých grafech mají žádoucí vlastnosti.

„Tyto kvantové tečky jsou rozvíjející se a slibnou platformou pro kvantovou informační technologii kvůli jejich potlačené dekoherenci spinu, kontrolovatelným kvantovým stupňům volnosti a laditelnosti pomocí externích řídicích napětí,“ uvedl Velasco.

Pochopení podstaty funkce vln kvantových teček ve dvouvrstvých grafech je důležité, protože tato základní vlastnost určuje několik důležitých funkcí pro zpracování kvantové informace, jako je spektrum elektronů, interakce mezi elektrony a vazba elektronů na jejich prostředí.

Tým společnosti Velasco použil metodu, kterou dříve vyvinul, k vytvoření kvantových teček v jednovrstvých grafech pomocí skenovacího tunelového mikroskopu (STM). Když grafen spočívá na izolačním šestihranném krystalu nitridu boru, velké napětí aplikované na hrot STM vytváří náboje v nitridu boru, které slouží k elektrostatickému zachycení elektronů ve dvouvrstvém grafu.

„Elektrické pole vytváří ohradu jako neviditelný elektrický plot, který zachycuje elektrony v kvantové tečce,“ vysvětlil Velasco.

Vědci poté pomocí skenovacího tunelového mikroskopu mapovali elektronické stavy uvnitř a vně ohrady. Na rozdíl od teoretických předpovědí výsledné obrazy ukázaly rozbitou rotační symetrii se třemi vrcholy místo očekávaných soustředných prstenců.

„Vidíme kruhově symetrické prstence v jednovrstvých grafech, ale v dvouvrstvých grafech mají stavy kvantových teček trojitou symetrii,“ řekl Velasco. “Vrcholy představují místa s vysokou amplitudou vlnové funkce.” Elektrony mají dvojitou vlnovou částicovou povahu a vizualizujeme vlnové vlastnosti elektronu v kvantové tečce. “

Tato práce poskytuje důležité informace, jako je energetické spektrum elektronů, které jsou potřebné pro vývoj kvantových zařízení založených na tomto systému. „Podporuje základní pochopení systému a jeho potenciálu pro kvantové informační technologie,“ uvedl Velasco. „Je to chybějící kousek skládačky a myslím si, že spolu s prací ostatních se snažíme, aby byl tento systém užitečný.“

Odkaz: „Vizualizace a manipulace s dvouvrstvými kvantovými tečkami grafu se zlomenou rotační symetrií a netriviální topologií“, autorů: Zhehao Ge, Frederic Joucken, Eberth Quezada, Diego R. da Costa, John Davenport, Brian Giraldo, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Nobuhiko P. Kobayashi, Tony Low and Jairo Velasco Jr., 23. listopadu 2020, Nano písmena.
DOI: 10,1021 / acs.nanolett.0c03453

Autoři příspěvku zahrnují Velasco, spoluautory Zhehao Ge, Frederic Joucken a Eberth Quezada-Lopez z UC Santa Cruz, stejně jako spoluautoři z Federální univerzity v Ceaře v Brazílii, Národního institutu pro materiálové vědy v Japonsku, University of Minnesota a Baskin School of Engineering z UCSC. Tato práce byla financována z National Science Foundation a Army Research Office.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Proč jsou metody distribuce vakcín COVID-19 krátké + 3 způsoby, jak je vylepšit

Objevilo se několik návrhů, jak distribuovat COVID-19 vakcíny, ale nezajistí spravedlivé rozdělení vakcíny. Tým, který zahrnuje Nicole Hassoun, profesorku na Binghamton University, navrhuje...

Obstrukční spánková apnoe je běžná u lidí s kognitivními poruchami – je léčitelná

Léčitelná porucha spánku, která je běžná u lidí s poruchami myšlení a paměti. K obstrukční spánkové apnoe dochází, když je během spánku dýchání opakovaně přerušováno....

Kvantové tunelování v grafenu posouvá éru vysokorychlostní bezdrátové komunikace Terahertz

Kvantové tunelování. Půjčka: Tisková kancelář Daria Sokol / MIPT Vědci z MIPT, Moskevské státní pedagogické univerzity a univerzity v Manchesteru vyvinuli velmi citlivý terahertzový...

Využití vibračních molekul ke studiu vlnových vlastností hmoty

Molekulární ionty HD + (páry žlutých a červených bodů) v iontové pasti (šedé) jsou ozářeny laserovou vlnou (červená). To vede k kvantovým skokům,...

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.