يمكن أن تؤدي الصور المجهرية إلى طرق جديدة للتحكم في الإكسيتونات للحوسبة الكمومية

يمكن أن تؤدي الصور المجهرية إلى طرق جديدة للتحكم في الإكسيتونات للحوسبة الكمومية

الطابع الزمني: 7 فبراير 2023 ، الساعة 2:36 مساءً
عقدة المصدر: 1944873
07 فبراير 2023 (أخبار Nanowerk) تجذب الإكسيتونات الانتباه باعتبارها البتات الكمومية (qubits) المحتملة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية، وهي أساسية في الإلكترونيات الضوئية وعمليات حصاد الطاقة. ومع ذلك، فإن أشباه الجسيمات المحايدة للشحنة، والتي توجد في أشباه الموصلات وغيرها من المواد، من الصعب جدًا حصرها ومعالجتها. الآن، ولأول مرة، تمكن الباحثون من إنشاء ومراقبة مباشرة للإكسيتونات شديدة التركيز المحصورة في أكوام بسيطة من مواد رقيقة ذريًا. يؤكد هذا العمل التنبؤات النظرية، ويفتح آفاقًا جديدة للتحكم في الإكسيتونات باستخدام مواد مصممة خصيصًا. وقالت أرشانا راجا، الرئيسة المشاركة للمشروع: "إن فكرة إمكانية توطين الإكسيتونات في مواقع شبكية محددة عن طريق تكديس هذه المواد ثنائية الأبعاد ببساطة هي فكرة مثيرة لأنها تحتوي على مجموعة متنوعة من التطبيقات، بدءًا من الأجهزة الإلكترونية الضوئية المصممة إلى مواد لعلم المعلومات الكمومية". وعالم في المسبك الجزيئي (مختبر بيركلي) التابع لمختبر لورانس بيركلي الوطني، والذي قادت مجموعته عملية تصنيع الجهاز وتوصيف التحليل الطيفي البصري. تُظهر هذه الصورة المركبة المشتقة من المجهر الإلكتروني الإكسيتونات باللون الأخضر على شبكة تموج في النسيج الفائقة تُظهر هذه الصورة المركبة المشتقة من المجهر الإلكتروني الإكسيتونات باللون الأخضر. يبلغ حجم خلية وحدة التموج الموضحة في الجزء السفلي الأيمن من خريطة الإكسيتون حوالي 8 نانومتر. (الصورة: سانديا سوسارلا وبيتر إرسيوس، مختبر بيركلي) قام الفريق بتصنيع الأجهزة عن طريق تكديس طبقات من ثاني كبريتيد التنغستن (WS2) وديسلينيد التنغستن (WSe2). أدى عدم التطابق البسيط في المسافات بين الذرات في المادتين إلى ظهور شبكة تموج في النسيج الفائقة، وهو نمط دوري أكبر ينشأ من تداخل نمطين أصغر مع تباعد مماثل ولكن ليس متطابقًا بين العناصر. وباستخدام أحدث أدوات الفحص المجهري الإلكتروني، قام الباحثون بجمع البيانات الهيكلية والطيفية على الأجهزة، وجمعوا المعلومات من مئات القياسات لتحديد المواقع المحتملة للإكسيتونات. وقال بيتر إرسيوس، الذي قاد أعمال التصوير في المركز الوطني للمجهر الإلكتروني التابع للمسبك الجزيئي: "لقد استخدمنا بشكل أساسي جميع القدرات الأكثر تقدمًا في مجهرنا الأكثر تقدمًا للقيام بهذه التجربة". "كنا ندفع حدود كل ما يمكننا القيام به، من صنع العينة إلى تحليل العينة إلى وضع النظرية." كشفت الحسابات النظرية، بقيادة ستيفن لوي، أحد كبار العلماء في مختبر بيركلي وأستاذ الفيزياء المتميز في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، أن عمليات إعادة البناء الذرية الكبيرة تحدث في المواد المكدسة، والتي تعدل البنية الإلكترونية لتشكيل مجموعة دورية من "الفخاخ". حيث تصبح الإكسيتونات موضعية. إن اكتشاف هذه العلاقة المباشرة بين التغيرات الهيكلية وتوطين الإكسيتونات يقلب الفهم المسبق لهذه الأنظمة ويؤسس لنهج جديد لتصميم المواد الإلكترونية الضوئية. تم وصف النتائج التي توصل إليها الفريق في ورقة بحثية منشورة في المجلة علوم (“Hyperspectral imaging of exciton confinement within a moiré unit cell with a subnanometer electron probe”) مع زملاء ما بعد الدكتوراه سانديا سوسارلا (الآن أستاذة في جامعة ولاية أريزونا) وميت إتش نايك كمؤلفين رئيسيين مشاركين. بعد ذلك، سوف يستكشف الفريق طرقًا لضبط شبكة التموج عند الطلب، وجعل هذه الظاهرة أكثر قوة في مواجهة الفوضى المادية.

الطابع الزمني:

اكثر من نانوويرك