¿Por qué es importante estudiar las propiedades de espín de los nanocables cuánticos unidimensionales?
Los nanocables cuánticos, que tienen longitud pero no anchura ni altura, proporcionan un entorno único para la formación y detección de una cuasipartícula conocida como a modo cero Majorana .
Un nuevo estudio dirigido por la UNSW supera la dificultad anterior para detectar el modo cero de Majorana y produce una mejora significativa en la reproducibilidad del dispositivo.
Las aplicaciones potenciales para los modos cero de Majorana incluyen computadoras cuánticas topológicas resistentes a fallas y superconductividad topológica.
FERMIONES MAJORANA EN HILOS 1D
Un fermión de Majorana es una partícula compuesta que es su propia antipartícula.
Explicador de antimateria: cada partícula fundamental tiene una partícula de antimateria correspondiente, con la misma masa pero carga eléctrica opuesta. Por ejemplo, la antipartícula de un electrón carga -1 es un positrón carga +1
El interés académico y comercial de una partícula tan inusual proviene de su uso potencial en una computadora cuántica topológica, que se prevé que sea inmune a la decoherencia que aleatoriza la preciosa información cuántica.
Los modos cero de Majorana se pueden crear en cables cuánticos hechos de materiales especiales en los que existe un fuerte acoplamiento entre sus propiedades eléctricas y magnéticas.
En particular, los modos cero de Majorana se pueden crear en semiconductores unidimensionales como nanocables semiconductores cuando se combinan con un superconductor.
En un nanoalambre unidimensional, cuyas dimensiones perpendiculares a la longitud son lo suficientemente pequeñas como para no permitir ningún movimiento de partículas subatómicas, predominan los efectos cuánticos.
NUEVO MÉTODO PARA DETECTAR LA ESPACIO NECESARIO DE GIRO-ÓRBITA
Los fermiones de Majorana, que son su propia antipartícula, se han teorizado desde 1937, pero solo se han observado experimentalmente en la última década. La 'inmunidad' del fermión de Majorana a la decoherencia proporciona un uso potencial para la computación cuántica tolerante a fallas.
Los sistemas de semiconductores unidimensionales con una fuerte interacción espín-órbita están atrayendo gran atención debido a sus posibles aplicaciones en la computación cuántica topológica.
El 'giro' magnético de un electrón es como una pequeña barra magnética, cuya orientación se puede establecer con un campo magnético aplicado.
En materiales con una 'interacción espín-órbita', el espín de un electrón está determinado por la dirección del movimiento, incluso en el campo magnético cero. Esto permite toda manipulación eléctrica de las propiedades cuánticas magnéticas.
La aplicación de un campo magnético a un sistema de este tipo puede abrir una brecha de energía de modo que los electrones que se mueven hacia adelante tengan todos la misma polarización de espín y los electrones que se mueven hacia atrás tengan la polarización opuesta. Esta 'brecha de espín' es un requisito previo parala formación de modos cero de Majorana.
A pesar del intenso trabajo experimental, ha resultado extremadamente difícil detectar sin ambigüedades este spin-gap en nanocables semiconductores, ya que la firma característica del spin-gap una caída en su meseta de conductancia cuando se aplica un campo magnético es muy difícil de distinguir deinevitable el desorden de fondo en los nanocables.
El nuevo estudio encuentra una firma nueva e inequívoca para la brecha de espín-órbita que es impermeable a los efectos del trastorno que plagan los estudios anteriores.
"Esta firma se convertirá en el estándar de facto para detectar las brechas de espín en el futuro", dice la autora principal, la Dra. Karina Hudson.
REPRODUCIBILIDAD
El uso de los modos cero de Majorana en una computadora cuántica escalable enfrenta un desafío adicional debido al desorden aleatorio y las imperfecciones en los nanocables autoensamblados que albergan el MZM.
Anteriormente era casi imposible fabricar dispositivos reproducibles, con solo alrededor del 10% de los dispositivos funcionando dentro de los parámetros deseados.
Los últimos resultados de UNSW muestran una mejora significativa, con resultados reproducibles en seis dispositivos basados en tres obleas iniciales diferentes.
"Este trabajo abre una nueva ruta para hacer dispositivos completamente reproducibles", dice el autor correspondiente, el profesor Alex Hamilton UNSW.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en tecnologías futuras de electrónica de bajo consumo energético . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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