科学家在石墨烯中创造了“人工原子”

 行业新闻     |      2023-01-11 05:43

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本文摘要:电子在微小的量子监狱里的不道德与它们在自由空间里的展现出比起有相当大的有所不同。它们不能占有线性的能级,就像原子中的电子那样为此,经常把这种电子的监狱称作人工原子。 人工原子还有可能具备那些传统原子不具备的特性,使之具备在很多应用于方面的潜力例如量子计算出来。现在在石墨烯的人工原子中经常出现了一些这一类的额外属性。

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电子在微小的量子监狱里的不道德与它们在自由空间里的展现出比起有相当大的有所不同。它们不能占有线性的能级,就像原子中的电子那样为此,经常把这种电子的监狱称作人工原子。

人工原子还有可能具备那些传统原子不具备的特性,使之具备在很多应用于方面的潜力例如量子计算出来。现在在石墨烯的人工原子中经常出现了一些这一类的额外属性。

该研究结果公开发表在了《NanoLetters》杂志上,该项目由来自维也纳技术大学(坐落于奥地利维也纳),亚琛工业大学(德国)和曼彻斯特大学(英国)的科学家合作已完成。  生产人工原子  人工原子修筑了新的令人兴奋的可能性,因为我们可以必要调节其性能,维也纳技术大学的JoachimBurgdorfer教授说道。在例如砷化镓等半导体材料中,将电子受困在微小的容许区域内早已被证明是有可能的。这些结构一般来说被称作量子点。

就像在原子中电子不能在某些轨道上绕原子核运动一样,这些量子点中的电子被强迫转入线性的量子态。  而通过用于石墨烯一种在过去几年里早已引发了大量注目的由单层碳原子构成的材料,更加多有意思的可能性也被拓展了出来。在大多数材料中,电子可以占有一个等价的能量中的两个有所不同的量子态。

但是石墨烯晶格的高对称性容许电子占有四个有所不同的量子态。这为量子信息的处置和存储修筑了新的途径,维也纳技术大学的FlorianLibisch说明说道。

然而,在石墨烯中制作获得很好掌控的人工原子被证明是十分具备挑战性的。  切割成边缘是过于的  有有所不同的方法来生产人工原子:最简单的方法是把电子放入微小的碎片内,然后切割薄薄一层材料。

虽然这个方法在石墨烯上也起起到,但是材料的对称性被碎片的边缘毁坏了,因为其边缘是不有可能几乎平滑的。因此,石墨烯中类似的四重量子态缩减成了传统材料的双重量子态。  因此,必需寻找有所不同的方法:用于小的石墨烯碎片来捕捉电子不是适当的。

用于电场和磁场的精妙人组是一个更聪明的自由选择。通过扫瞄隧道显微镜的尖端,可以在局部产生一个电场。这样,石墨烯表面上就构成了一个微小的区域,的电子电子可以被束缚在该区域内。

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同时,通过产生一个磁场,这些电子不得不转入微小的圆形轨道。如果我们只用于电场,则量子效应不会使电子很快的离开了陷阱Libisch说明说道。  这些人工原子由MarkusMorgenstern教授的小组里的NilsFreitag和PeterNemes-Incze在亚琛工业大学已完成测量。而其仿真和理论模型则是由LarisaChizhova,FlorianLibisch和JoachimBurgdrfer在维也纳技术大学研发的。

而这些出现异常整洁的石墨烯样品则来自英国曼彻斯特大学AndreGeim和KostyaNovoselov的团队此二人因为首次申请专利石墨烯片而取得2010年诺贝尔奖。  这些新的人工原子现在为许多量子技术实验修筑了新的可能性:具备完全相同的能量的四局域电子态使得在有所不同的量子态之间展开从而存储信息沦为有可能,JoachimBurgdrfer。

电子能长时间留存给定变换态,这是量子计算机所需的理想特性。此外,新的方法具备可扩展性这个大优点:在一个小芯片上摆放许多个这样的人工原子以在量子信息应用于中用于它们应当是有可能的。


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