Optica și electronica sunt legate printr-un fenomen cuantic

O echipă internațională de cercetare condusă de profesorul Ralph Claessen, fizician cuantic din Würzburg și co-purtător de cuvânt al ct.qmat, a făcut acum o descoperire crucială. „Pentru prima dată, am reușit să generăm și să detectăm experimental cvasiparticule cunoscute sub numele de excitoni într-un izolator topologic. Astfel, am creat un nou set de instrumente pentru  care poate fi folosit pentru a controla electronii optic”, spune Claessen. „Acest principiu ar putea deveni baza pentru un nou tip de componente electronice.”

Credit: Universitatea din Würzburg

Excitonii sunt cvasiparticule electronice. Deși par să se comporte ca niște particule independente, ele reprezintă de fapt o stare electronică excitată care poate fi generată doar în anumite tipuri de materie cuantică. „Am creat excitoni prin aplicarea unui impuls scurt de lumină pe un film subțire format dintr-un singur strat de atomi”, explică Claessen. Ceea ce este neobișnuit la asta, spune el, este că excitonii au fost activați într-un izolator topologic - ceva ce nu era posibil înainte. „Acest lucru a deschis o linie complet nouă de cercetare pentru izolatorii topologici”, adaugă Claessen.

De aproximativ zece ani, excitonii au fost investigați în alți semiconductori bidimensionali și sunt considerați purtători de informații pentru componentele acționate de lumină. „Pentru prima dată, am reușit să excităm optic excitoni într-un izolator topologic. Interacțiunea dintre lumină și excitoni înseamnă că ne putem aștepta la noi fenomene în astfel de materiale. Acest principiu ar putea fi folosit, de exemplu, pentru a genera qubiți”, spune Claessen.

Qubiții sunt unități de calcul pentru cipuri cuantice. Sunt cu mult superioare biților tradiționali și permit rezolvarea sarcinilor în câteva minute pentru care supercalculatoarele convenționale ar dura literalmente ani de zile.i Utilizarea luminii în loc de tensiune electrică permite cipuri cuantice cu viteze de procesare mult mai mari. Prin urmare, cele mai recente descoperiri deschid calea pentru viitor  și o nouă generație de dispozitive acționate de lumină în microelectronică.

Expertiză globală de la Würzburg

Materialul de pornire potrivit este crucial - în acest caz bismutenul. „Este fratele greu al materialului miraculos grafen”, spune Claessen, care a adaptat pentru prima dată izolatorul topologic în laborator în urmă cu cinci ani. „Suntem liderii mondiali în acest domeniu”, adaugă el.

„Datorită designului nostru sofisticat al materialelor, atomii unui singur strat de bismuten sunt aranjați într-un model de fagure, la fel ca grafenul. Diferența este că atomii grei ai bismutenului îl fac topologic , ceea ce înseamnă că poate conduce electricitatea de-a lungul marginii fără pierderi, chiar și la temperatura camerei. Acest lucru nu se poate face cu grafen.”

Potențial uriaș

Acum că echipa de cercetare a generat excitoni în a  pentru prima dată, atenția este îndreptată către cvasiparticulele în sine.

Oamenii de știință de la ct.qmat investighează dacă proprietățile topologice ale bismutenului sunt transferate la excitoni. Demonstrarea științifică a acestui lucru este următoarea etapă asupra căreia cercetătorii își au ochii. Ar putea chiar să deschidă calea pentru construcția de qubiți topologici, care sunt considerați deosebit de robusti în comparație cu omologii lor non-topologici.

Sursa: O nouă piatră de hotar pentru electronicele conduse de lumină

Traduceți "