אופטיקה ואלקטרוניקה מקושרות על ידי תופעה קוונטית
צוות מחקר בינלאומי בראשותו של פרופסור ראלף קלאסן, פיזיקאי קוונטים מווירצבורג ודובר משותף של ct.qmat, גילה כעת תגלית מכרעת. "בפעם הראשונה, הצלחנו ליצור ולזהות בניסוי קוואזי-חלקיקים הידועים כאקסיטונים במבודד טופולוגי. לכן יצרנו ערכת כלים חדשה עבור פיזיקה של מצב מוצק זה יכול לשמש כדי לשלוט אלקטרונים באופן אופטי", אומר Claessen. "העיקרון הזה יכול להפוך לבסיס לסוג חדש של רכיבים אלקטרוניים."
קרדיט: אוניברסיטת וירצבורג
אקסיטונים הם קוואזי-חלקיקים אלקטרוניים. למרות שנראה שהם מתנהגים כמו חלקיקים עצמאיים, הם למעשה מייצגים מצב אלקטרוני נרגש שיכול להיווצר רק בסוגים מסוימים של חומר קוונטי. "יצרנו אקסיטונים על ידי הפעלת דופק אור קצר על סרט דק המורכב רק משכבה אחת בודדת של אטומים", מסביר קלאסן. מה שיוצא דופן בזה, הוא אומר, הוא שהאקסיטונים הופעלו במבודד טופולוגי - דבר שלא היה אפשרי קודם לכן. "זה פתח קו חדש לגמרי של מחקר עבור מבודדים טופולוגיים", מוסיף Claessen.
במשך כעשר שנים, אקסיטונים נחקרו במוליכים למחצה דו-ממדיים אחרים ונחשבים כנשאי מידע עבור רכיבים מונעי אור. "בפעם הראשונה, הצלחנו לעורר אקסיטונים בצורה אופטית במבודד טופולוגי. האינטראקציה בין אור ואקסיטונים פירושה שאנו יכולים לצפות לתופעות חדשות בחומרים כאלה. עיקרון זה יכול לשמש, למשל, כדי ליצור קיוביטים", אומר Claessen.
קוויביטים הם יחידות מחשוב עבור שבבים קוונטיים. הם עדיפים בהרבה על סיביות מסורתיות ומאפשרים לפתור משימות בתוך דקות שעבורן מחשבי-על קונבנציונליים יידרשו ממש שנים.i שימוש באור במקום במתח חשמלי מאפשר שבבים קוונטיים עם מהירויות עיבוד מהירות הרבה יותר. הממצאים האחרונים סוללים אפוא את הדרך לעתיד טכנולוגיות קוונטיות ודור חדש של מכשירים מונעי אור במיקרואלקטרוניקה.
מומחיות גלובלית מווירצבורג
חומר המוצא הנכון הוא מכריע - במקרה זה ביסמוטן. "זה האח הכבד של חומר הנס גרפן", אומר קלאסן, שהתאים לראשונה את המבודד הטופולוגי במעבדה לפני חמש שנים. "אנחנו המובילים בעולם בתחום הזה", הוא מוסיף.
"בשל עיצוב החומרים המתוחכם שלנו, האטומים של השכבה הבודדת של ביסמוטן מסודרים בתבנית חלת דבש, ממש כמו גרפן. ההבדל הוא שהאטומים הכבדים של ביסמוטן הופכים אותו לטופולוגי מבודד, כלומר הוא יכול להוליך חשמל לאורך הקצה ללא אובדן - אפילו בטמפרטורת החדר. זה לא יכול להיעשות על ידי גרפן."
פוטנציאל ענק
כעת, לאחר שצוות המחקר יצר אקסיטונים ב-a מבודד טופולוגי בפעם הראשונה, תשומת הלב מופנית לקוואזי-חלקיקים עצמם.
מדענים ב-ct.qmat בודקים האם התכונות הטופולוגיות של ביסמוטן מועברות לאקסיטונים. הוכחה מדעית היא אבן הדרך הבאה שהחוקרים מכוונים אליה. זה אפילו יכול לסלול את הדרך לבניית קיוביטים טופולוגיים, הנחשבים חזקים במיוחד בהשוואה לעמיתיהם הלא טופולוגיים.
