Квантовая электроника может получить неожиданный импульс благодаря некоторым хитроумным "изломам". Исследовательская группа под руководством учёных из Университета штата Пенсильвания разработала новый переключатель, который может включать и выключать так называемые состояния излома. Это электрические проводящие пути, которые возникают на границах полупроводниковых материалов и позволяют контролировать поток электронов в квантовых системах. Такие состояния могут быть полезны для создания передовых датчиков и лазеров.
Профессор физики Университета штата Пенсильвания Цзюнь Чжу, который возглавляет исследование, видит в этих изломах основу для создания квантовых сетей. Эти сети могут использоваться для передачи квантовой информации на большие расстояния внутри чипов, чего невозможно добиться с помощью классических медных проводов, которые обладают сопротивлением и могут разрушать квантовую когерентность.
Недавно опубликованное в журнале Science исследование может стать отправной точкой для дальнейших разработок в области квантовой оптики и квантовых компьютеров. По словам Чжу, этот новый переключатель отличается от традиционных, где ток регулируется через ворота, как на платных дорогах. Здесь же они "перестраивают саму дорогу", изменяя путь движения электронов.
Состояния излома были обнаружены в устройствах на основе двухслойного графена Бернала. Этот материал состоит из двух слоев углерода, смещённых относительно друг друга. Это уникальное расположение в сочетании с электрическим полем приводит к появлению необычных электронных свойств, таких как эффект Холла квантовой долины. Этот эффект заключается в том, что электроны в разных состояниях долины движутся в противоположных направлениях.
Первый автор исследования, Кэ Хуан, объяснил, что их устройства могут заставлять электроны двигаться без столкновений, даже если они делят один и тот же путь. Это позволяет поддерживать квантованное сопротивление, что делает состояния излома перспективными для передачи квантовой информации.
Для достижения этих результатов команда использовала чистый графит и гексагональный нитрид бора в качестве глобального затвора. Эта комбинация материалов позволила удерживать электроны в состояниях излома и контролировать их поток.
Исследователи также обнаружили, что квантовые эффекты сохраняются даже при повышении температуры до нескольких десятков Кельвинов, что является важным шагом для практического использования.
Созданный ими переключатель оказался быстрым и надёжным, добавив в арсенал устройств квантовой электроники новые инструменты для управления и направления электронов. Это достижение закладывает основу для дальнейших исследований и практического применения квантовых систем межсоединений.
В будущем команда планирует исследовать, как электроны ведут себя как когерентные волны на этих "квантовых магистралях".