Egy új anyag közel fénysebességgel képes vezetni az elektromosságot

A Kalifornia Egyetem fizikusai sikeresen létrehoztak egy rendkívüli elektromos és mágneses tulajdonságokkal rendelkező két dimenziós kvantum anyagot, ami a jövő kvantum számítógépeinek és fejlett elektronikai berendezésinek képezheti az alapját.

A Kalifornia Egyetem kutatói által vezetett kutatásban más nevesebb egyetemek is bekapcsolódtak, mint az UC Berkeley, a Princeton, a Fudan és a Maryland, hogy felderítsék milyen tulajdonságokkal rendelkeznek az új két dimenziós anyagok és meghatározzák, hogy ezek az anyagok új magasságokba emelhetik e a számítástechnológiát.

A kísérleteket mind nagyon alacsony hőmérséklet mellet hajtották végre, és jeleket nem elektronok – mint ahogy a jelenlegi szilikon alapú technológiáknál – hanem Dirac vagy Majorana femionok – tömeg nélküli részecskék, amik képesek a fénysebességet megközelítő sebességgel mozogni.

“Végre foghatjuk az egzotikus, legkorszerűbb fizikai elképzeléseket és valami hasznosat csinálhatunk a segítségükkel,” mondta Jing Xia, a Kalifornia Egyetem fizika és csillagászat docense. “A topológiai kvantumszámítógépek lehetőségeit vizsgáljuk a következő 100 évre.”

A kutatás egyik nagy kihívása a rendkívül kis méretű minták vizsgálata – csupán két atom vastag, pár mikron hosszú és széles. Viszont Xia laborjában található egy általa épített száloptikás Sagnac interferométer mikroszkóp, amit sokan a világ legérzékenyebb mágneses mikroszkópjának tartanak.

“Ez a gép az ideális mérőeszköz egy ilyen felfedezésre,” mondta Alex Stern, a kutatásról megjelent három tanulmány közül kettőnek a szerzője. “Ez a legpontosabb módja hogy optikailag mérjünk mágnesességet egy anyagban.”

A kutatók létrehoztak egy króm-germánium tellurid pelyhet (CGT), amit -232.7 Celsius fokos hőmérséklet mellet vizsgáltak. A CGT nagyon hasonló a grafénhez, amiről felfedezése óta úgy gondolják a következő generációs számítógépeknél át fogja venni a szilícium szerepét, annak köszönhetően hogy az elektromos jelek milyen sebességgel képesek elhaladni az anyag tökéletes felszínén.

A kutatók a mikroszkóppal azt is megvizsgálták hogy mi történik akkor ha a bizmut és a nikkel kapcsolatba lép rendkívül hideg – (268.8 Co) hőmérsékleten. Xia úgy írta le a két anyag között interferenciát mint “egy egzotikus szupravezető, ami megtöri a T-szimmetriát.”

“Képzeljük el, hogy visszafordítjuk az órát és egy csésze vörös tea zöldé válna. Nem tenné ez a teát nagyon egzotikussá? Ez igen is nagyon exotikus a szupravezetők esetében,” mondta Xia. “És ez az első eset, hogy ezt a  jelenségét két dimenziós anyagoknál figyeltük meg.”

Az kvantumszámítógépeknél használt anyagoknál továbbra is fennáll a probléma, hogy csak rendkívül hideg környezetben működnek, viszont éppen ezt a problémát igyekeznek kiküszöbölni a harmadik tanulmányban.

A csapat már korábban kidolgozott egy másik anyagot a szamárium-hexaboridot, ami belülről szigetelőként viselkedik, de lehetővé teszi a Dirac fermionok által alkotott hullám szabad folyását a két dimenziós felületén. A kutatók egy másik csúcstechnológiás géphez fordultak, és bebizonyították az anyag már -32.7 Co mellet is stabilan két dimenziós felületet tud alkotni.

“Hiszik vagy sem ez melegebb mint Kanada egyes része,” mondta Xia. “Ez a munka nagy előrelépés egy olyan kvantumszámítógép felé, ami képes szobahőmérsékletlen is üzemelni.”

Forrás: nature.com | Kép: Steve Zylius / UCI

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás