دانشمندان حالت کوانتومی جدیدی را در گرافن پیچیده کشف کرده‌اند که در آن الکترون‌ها در جای خود قفل می‌شوند اما همچنان قادر به انتقال جریان الکتریکی در لبه‌ها هستند.
پنجشنبه ۱۸ بهمن ۱۴۰۳ ساعت ۰۰:۲۲
الکترون‌هایی که قفل شده‌اند اما آزادند: یک پیشرفت کوانتومی در گرافن
این پیشرفت در علم توپوگرافی می‌تواند به دستاوردهای مهمی در محاسبات کوانتومی منجر شود. گروهی از محققان از دانشگاه بریتیش کلمبیا، دانشگاه واشنگتن و دانشگاه جان هاپکینز این کلاس جدید از حالات کوانتومی را در گرافن‌های خاص مهندسی‌شده شناسایی کرده‌اند. مطالعه آنها که در نشریه Nature منتشر شده، نشان می‌دهد که گرافن دو لایه پیچیده دارای بلورهای الکترونیکی توپوگرافی است.
این سیستم با قرار دادن لایه‌های نازک گرافن در یک چرخش دقیق ایجاد می‌شود که رفتار الکترونیکی را به طور بنیادی تغییر می‌دهد. محققان با تنظیم دقیق دو ورق گرافن و اعمال یک چرخش کوچک، الگوی موری، یک اثر تداخل هندسی را ایجاد می‌کنند که خواص الکترونیکی ماده را تغییر داده و سرعت حرکت الکترون‌ها را کاهش می‌دهد.
این کشف توسط رویه سو، یک دانشجوی کارشناسی از دانشگاه بریتیش کلمبیا، صورت گرفت که در حین کار با نمونه‌ای از گرافن پیچیده، یک پیکربندی منحصر به فرد یافت. در این پیکربندی، الکترون‌ها به طور منظم قفل شده و مانند رقصندگان باله به طور هماهنگ حرکت می‌کنند. این چرخش هماهنگ منجر به پدیده‌ای می‌شود که جریان الکتریکی به راحتی در لبه‌های نمونه جریان می‌یابد. مقدار این جریان به دو ثابت بنیادی طبیعت—ثابت پلانک و بار الکترون—وابسته است. این ویژگی‌ها ناشی از بلور الکترونی توپوگرافی است.
برای درک بهتر، تصور کنید که یک نوار کاغذی را به شکل حلقه درآورده و انتهاها را بچسبانید. حالا همین نوار را بردارید و پیش از چسباندن انتهاها، یک چرخش واحد به آن بدهید.
نتیجه یک نوار موری است که تنها یک سطح و یک لبه دارد. بلور الکترونی توپوگرافی تنها یک مفهوم نظری نیست، بلکه می‌تواند در پیشرفت فناوری اطلاعات کوانتومی نقشی کلیدی ایفا کند. دانشمندان در حال بررسی راه‌هایی هستند تا این حالت الکترونی منحصر به فرد را با ابررسانایی ترکیب کرده و کیوبیت‌های مورد نیاز برای کامپیوترهای کوانتومی نسل بعدی را ایجاد کنند.
کد مطلب: 83102
