Une toute nouvelle recherche collaborative identifie comment les électrons entreprennent deux paramètres de configuration différents du graphène bicouche, le type de carbone atomiquement mince. Ces résultats fournissent des informations que les chercheurs pourraient utiliser pour développer des systèmes informatiques quantiques plus puissants et protégés à l’avenir.
Les scientifiques décrivent comment les mauvaises particules se déplacent à travers la division bidimensionnelle graphène , des résultats qui pourraient conduire à des avancées dans la conception des futurs traitement quantique systèmes.
Nouvelle recherche publiée dans Lettres d’examen corporel décrit exactement comment les électrons se déplacent à travers 2 configurations différentes associées au graphène bicouche, la forme particulière atomiquement mince du co2. Cette étude, l’effet d’une collaboration entre Brookhaven National Lab, l’université associée à la Pennsylvanie, le College of New Hampshire, l’université Stony Brook, plus Université Columbia , offre des informations que les scientifiques pourraient utiliser pour concevoir des plates-formes informatiques de désordre plus efficaces et sécurisées ultérieurement.
« Les puces d’ordinateurs personnels d’aujourd’hui sont basées sur la connaissance de la façon dont les mauvaises particules se déplacent dans les semi-conducteurs, en particulier le silicium », déclare le premier et co-auteur Zhongwei Dai, un post-doctorant chez Brookhaven. «Mais les propriétés physiques particulières associées au silicium atteignent une limite physique en ce qui concerne la façon dont les petits transistors peuvent être fabriqués et le nombre exact qui peut s’adapter sur une puce. Chaque fois que nous pouvons comprendre comment les mauvaises particules se déplacent à la petite échelle de quelques nanomètres dans les dimensions réduites des matériaux 2-D, nous pouvons avoir la possibilité de débloquer une autre façon d’utiliser les électrons pour la science de l’information sur les portions. ”
Lorsqu’un matériau est conçu à ces types de petites échelles, vers la taille de quelques nanomètres, il limite les électrons à un certain espace avec des proportions identiques à sa propre longueur d’onde, ce qui modifie les propriétés électroniques et optiques globales du matériau. dans un processus connu sous le nom de confinement quantique. Sur cette étude, les experts ont utilisé du graphène pour analyser ces résultats de confinement à la fois des électrons et des photons, ou des contaminants de la lumière.
Le travail reposait sur deux avancées créées indépendamment à Penn et Brookhaven. Les scientifiques de Penn, qui comprend Zhaoli Gao, un ex postdoctorant dans le laboratoire de Charlie Manley qui est maintenant à l’Université chinoise associée à Hong Kong, ont utilisé un gradient distinctif- métal substrat de développement pour faire pousser du graphène avec trois structures de domaine différentes : une couche, la bicouche empilée de Bernal et la bicouche brouillée. Le matériau de graphène a ensuite été transféré sur un substrat unique développé avec Brookhaven qui a permis aux chercheurs de sonder les résonances numériques et optiques du système.
« Il s’agit d’une très belle fonction de collaboration », déclare Manley. « Il rassemble les capacités exceptionnelles de Brookhaven et Penn qui nous permettront de faire des mesures importantes ainsi que des découvertes que personne ne pourrait réaliser seul. ”
Les experts ont pu détecter les résonances de chaque intercouche électronique et optique et ont constaté que, pendant ces états de résonance, les mauvaises particules se déplacent parfaitement dans l’interface 2D. Leurs résultats suggèrent également que la longueur entre les deux niveaux augmente de manière significative dans la configuration torsadée, ce qui influence généralement la façon dont les mauvaises particules se déplacent en raison des interactions entre les couches. Ils ont également découvert qu’une simple torsion entre les couches de graphène de 30° modifie également la résonance vers une énergie plus basse.
“Les appareils fabriqués à partir de graphène tourné et équilibré peuvent avoir des propriétés assez intéressantes et imprévues en raison de l’espacement amélioré entre les couches par lequel les électrons peuvent avancer”, explique l’auteur co-correspondant Jurek Sadowski de Brookhaven.
À l’avenir, les experts fabriqueront de nouveaux dispositifs à l’aide de graphène transformé tout en s’appuyant sur les résultats de cette étude pour découvrir comment l’ajout de divers matériaux à la structure de graphène divisé influence les propriétés électroniques et optiques en aval.
« Nous sommes impatients de continuer à travailler avec nos collègues de Brookhaven à l’avant-garde des applications associées aux matériaux bidimensionnels au sein de la science quantique », a déclaré Johnson.
Référence : « Quantum-Well Certain States in Graphene Heterostructure Interfaces » simplement par Zhongwei Dai, Zhaoli Gao, Sergey Ersus. Pershoguba, Nikhil Tiwale, Ashwanth Subramanian, Qicheng Zhang, Calley Eads, Samuel A. Tenney, Richard M. Osgood, Chang-Yong Nam, Jiadong Zang, A. To. Charlie Johnson et Jerzy T. Sadowski, 20 août 2021, Lettres de révision réelles .
DOI : 10. 1103/PhysRevLett. 127. 086805
La liste complète des co-auteurs comprend Zhaoli Gao (maintenant à l’Université chinoise associée à Hong Kong), Qicheng Zhang et Steve Johnson de Penn; Zhongwei Dai, Nikhil Tiwale, Calley Eads, Samuel A. Tenney, Chang-Yong Nam, plus Jerzy T. Sadowski de Brookhaven ; Sergey S. Pershogub, plus Jiadong Zang de l’Université du New Hampshire ; Ashwanth Subramanian par le Stony Brook College; et Richard Mirielle. Osgood de l’Université de Columbia.
Charlie Manley est la Rebecca Watts. Bushnell Professeur de physique et d’astronomie au département de physique et d’astronomie de l’école des arts et des sciences de l’université de Pennsylvanie.
Cette recherche particulière a été soutenue par les subventions de la National Technology Foundation MRSEC DMR-1720530 plus EAGER 1838412. Le laboratoire national de Brookhaven est généralement soutenu par les Oughout. S. Département associé à l’Office de l’énergie associé à la science.
