Atrapar y controlar electrones en puntos cuánticos de grafeno bicapa produce una plataforma prometedora para las tecnologías de información cuántica. Investigadores de la UC Santa Cruz han logrado la primera visualización directa de puntos cuánticos en grafeno bicapa, revelando la forma de la función de onda cuántica de los atrapados.electrones.
Los resultados, publicados el 23 de noviembre en Nano letras , proporciona importantes conocimientos fundamentales necesarios para desarrollar tecnologías de información cuántica basadas en puntos cuánticos de grafeno bicapa.
"Se ha trabajado mucho para desarrollar este sistema para la ciencia de la información cuántica, pero nos faltaba una comprensión de cómo se ven los electrones en estos puntos cuánticos", dijo el autor correspondiente Jairo Velasco Jr., profesor asistente defísica en UC Santa Cruz.
Si bien las tecnologías digitales convencionales codifican información en bits representados como 0 o 1, un bit cuántico o qubit puede representar ambos estados al mismo tiempo debido a la superposición cuántica. En teoría, las tecnologías basadas en qubits permitirán un aumento masivo develocidad de cálculo y capacidad para ciertos tipos de cálculos.
Se están explorando una variedad de sistemas, basados en materiales que van desde el diamante hasta el arseniuro de galio, como plataformas para crear y manipular qubits. Grafeno bicapa dos capas de grafeno, que es una disposición bidimensional de átomos de carbono en una red de panal es un material atractivo porque es fácil de producir y trabajar con él, y los puntos cuánticos en el grafeno bicapa tienen propiedades deseables.
"Estos puntos cuánticos son una plataforma emergente y prometedora para la tecnología de la información cuántica debido a su decoherencia de espín suprimida, grados cuánticos de libertad controlables y sintonización con voltajes de control externos", dijo Velasco.
Comprender la naturaleza de la función de onda de punto cuántico en el grafeno bicapa es importante porque esta propiedad básica determina varias características relevantes para el procesamiento de información cuántica, como el espectro de energía de los electrones, las interacciones entre electrones y el acoplamiento de electrones a su entorno.
El equipo de Velasco utilizó un método que había desarrollado previamente para crear puntos cuánticos en grafeno monocapa usando un microscopio de efecto túnel STM. Con el grafeno descansando sobre un cristal de nitruro de boro hexagonal aislante, un gran voltaje aplicado con la punta STM crea cargas enel nitruro de boro que sirve para confinar electrones electrostáticamente en el grafeno bicapa.
"El campo eléctrico crea un corral, como una cerca eléctrica invisible, que atrapa los electrones en el punto cuántico", explicó Velasco.
Luego, los investigadores utilizaron el microscopio de efecto túnel para obtener imágenes de los estados electrónicos dentro y fuera del corral. En contraste con las predicciones teóricas, las imágenes resultantes mostraron una simetría rotacional rota, con tres picos en lugar de los anillos concéntricos esperados.
"Vemos anillos circularmente simétricos en el grafeno monocapa, pero en el grafeno bicapa los estados de puntos cuánticos tienen una simetría triple", dijo Velasco. "Los picos representan sitios de alta amplitud en la función de onda. Los electrones tienen una onda dual.naturaleza de las partículas, y estamos visualizando las propiedades de onda del electrón en el punto cuántico ".
Este trabajo proporciona información crucial, como el espectro de energía de los electrones, necesario para desarrollar dispositivos cuánticos basados en este sistema. "Está avanzando en la comprensión fundamental del sistema y su potencial para las tecnologías de la información cuántica", dijo Velasco.Es una pieza que falta en el rompecabezas y, junto con el trabajo de otros, creo que estamos avanzando para hacer de este un sistema útil ".
Además de Velasco, los autores del artículo incluyen a los co-primeros autores Zhehao Ge, Frederic Joucken y Eberth Quezada-Lopez en UC Santa Cruz, junto con coautores en la Universidad Federal de Ceará, Brasil, el Instituto Nacional de MaterialesScience in Japan, University of Minnesota y Baskin School of Engineering de UCSC. Este trabajo fue financiado por la National Science Foundation y la Army Research Office.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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