Der Variable Body Topologischer Isolator von Graphen unter bestimmten Bedingungen

Nach der Massachusetts Institute of Technology Website vor kurzem die Schulwissenschaftler festgestellt, dass in einigen extremen Fällen kann Graphen in eine einzigartige Funktion des topologischen Isolator umgewandelt werden, wird erwartet, dass neue Ideen für die Herstellung von Quantencomputern bieten. Die Forschung erscheint diese Woche in der Zeitschrift Nature.

Die Forscher fanden heraus, dass die Graphenflocken in eine Niedertemperaturumgebung mit einer Stärke von 35 Tesla Magnetfeld und 0,3 Grad Celsius höher als absolute Null gesetzt wurden. Die leitfähigen Eigenschaften von Graphen können geändert werden, um es zu ermöglichen, Elektronen entsprechend der Richtung des Elektronenspins zu filtern, was derzeit in keinem herkömmlichen elektronischen System verfügbar ist.

Unter typischen Bedingungen verhält sich Graphen wie ein normaler Leiter und übt eine Spannung darauf aus, und der Strom geht durch sie hindurch. Aber wenn ein Stück Graphen in ein Magnetfeld senkrecht dazu platziert wird, so gehen die Eigenschaften des Graphenwechsels - der Strom läuft nur an den Kanten von Graphenflocken, und der Rest wird zu Isolatoren. Außerdem bewegt sich der Strom nur in einer Richtung entsprechend der Richtung des Magnetfeldes. Dieses Phänomen wird als Quanten-Hall-Effekt bezeichnet.

In der neuen Studie stellten die Forscher fest, dass, wenn man im obigen Fall ein starkes Magnetfeld auf die Position des Graphens hinzufügt, sich die Eigenschaften von Graphen wieder ändern wird: Elektronen arbeiten immer nur an den Kanten von Graphen, aber die Richtung der Der Betrieb wird von unidirektional zu bidirektional geändert, und die spezifische Richtung wird durch die verschiedenen Richtungen des Elektronenspins bestimmt.

"Wir haben einen ungewöhnlichen Sonderdirektor geschaffen", sagte ein Postdoktorand bei der Physik-Abteilung von MIT. Es ist eine gemeinsame Funktion des topologischen Isolators, Elektronen nach der Elektronenspinrichtung zu trennen. Graphen ist jedoch kein topologischer Isolator im üblichen Sinne. Wir haben die gleiche Wirkung in verschiedenen Materialsystemen. Noch wichtiger ist, durch das Ändern des Magnetfeldes können Sie auch jederzeit die Richtung der elektronischen Operation, Macht oder nicht, um den Zustand zu kontrollieren. Dies bedeutet, dass sie zu Schaltungen und Transistoren gemacht werden können, die bisher nicht erreicht wurden. "

Erero, ein Associate Professor am MIT, sagte, dass es Vorhersagen über diese Charakterisierung von Graphen gegeben hatte, aber niemand hatte es jemals geschehen lassen. Die Studie bestätigte zunächst die Selektivität von Graphen, um Elektronen zu spinnen, und es wurde zum ersten Mal bewiesen, dass Graphen die Richtung der elektronischen Operation und den Zustand der elektrischen Energie steuern kann oder nicht. Das Experiment hat getan, was einige Forscher seit Jahrzehnten ohne Erfolg zu erreichen versuchen und versprechen einen neuen Weg, um Quantencomputer zu schaffen.

Professor für Physik am Massachusetts Institute of Technology, die an der Studie teilnimmt, sagt die Studie eine neue Richtung für das Studium der topologischen Isolatoren. "Wir können nicht vorhersagen, was die Ergebnisse führen werden, aber es erweitert unser Denken und bietet Möglichkeiten für die Herstellung von mehreren Geräten", sagte er. "

Sagte: "Wegen der Notwendigkeit für extreme niedrige Temperatur und starke magnetische Umwelt, um eine solche Anforderung zu erreichen ist nicht einfach, so dass die Technologie von der Quanten-Computer produziert wird eine sehr professionelle Ausrüstung, kann zuerst für High-Priority-Computing verwendet werden Aufgaben." Als nächstes werden sie die Leistung von Graphen bei einem niedrigeren Magnetfeld (1 Tesla) und bei höheren Temperaturen testen, um die Schwelle für die Technologie zu reduzieren.