Microscopiebeelden kunnen leiden tot nieuwe manieren om excitonen voor kwantumcomputing te beheersen

07 februari 2023 (Nanowerk Nieuws) Excitonen trekken de aandacht als mogelijke kwantumbits (qubits) in de kwantumcomputers van morgen en staan ​​centraal in opto-elektronica en energieoogstprocessen. Deze ladingsneutrale quasideeltjes, die voorkomen in halfgeleiders en andere materialen, zijn echter notoir moeilijk te beperken en te manipuleren. Nu hebben onderzoekers voor het eerst zeer gelokaliseerde excitonen gecreëerd en direct waargenomen die zijn opgesloten in eenvoudige stapels atomair dunne materialen. Het werk bevestigt theoretische voorspellingen en opent nieuwe wegen voor het beheersen van excitonen met op maat gemaakte materialen. "Het idee dat je excitonen op specifieke roosterlocaties kunt lokaliseren door deze 2D-materialen simpelweg te stapelen, is opwindend omdat het een verscheidenheid aan toepassingen heeft, van opto-elektronische apparaten van ontwerpers tot materialen voor kwantuminformatiewetenschap", zegt Archana Raja, co-leider van het project en een stafwetenschapper bij de Molecular Foundry van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), wiens groep de fabricage van het apparaat en de karakterisering van optische spectroscopie leidde. Dit uit elektronenmicroscopie afgeleide samengestelde beeld toont excitonen in groen. De moiré-eenheidscel die rechtsonder op de excitonkaart wordt geschetst, is ongeveer 8 nanometer groot. (Afbeelding: Sandhya Susarla en Peter Ercius, Berkeley Lab) Het team vervaardigde apparaten door lagen wolfraamdisulfide (WS2) en wolfraamdiselenide (WSe2). Een kleine mismatch in de afstand tussen atomen in de twee materialen leidde tot een moiré-superrooster, een groter periodiek patroon dat voortkomt uit de overlapping van twee kleinere patronen met vergelijkbare maar niet identieke afstand tussen elementen. Met behulp van ultramoderne elektronenmicroscopietools verzamelden de onderzoekers structurele en spectroscopische gegevens over de apparaten, waarbij ze informatie van honderden metingen combineerden om de waarschijnlijke locaties van excitonen te bepalen. "We hebben in feite alle meest geavanceerde mogelijkheden van onze meest geavanceerde microscoop gebruikt om dit experiment uit te voeren", zegt Peter Ercius, die het beeldvormingswerk leidde bij het National Center for Electron Microscopy van de Molecular Foundry. "We verlegden de grenzen van alles wat we kunnen doen, van het maken van het monster tot het analyseren van het monster tot het doen van de theorie." Theoretische berekeningen, geleid door Steven Louie, een senior wetenschapper van de faculteit bij Berkeley Lab en een vooraanstaande professor in de natuurkunde aan UC Berkeley, onthulden dat grote atomaire reconstructies plaatsvinden in de gestapelde materialen, die de elektronische structuur moduleren om een ​​periodieke reeks "vallen" te vormen. waar excitonen worden gelokaliseerd. Ontdekking van deze directe relatie tussen de structurele veranderingen en de lokalisatie van excitonen doet het eerdere begrip van deze systemen teniet en stelt een nieuwe benadering vast voor het ontwerpen van opto-elektronische materialen. De bevindingen van het team worden beschreven in een artikel dat in het tijdschrift is gepubliceerd Wetenschap ("Hyperspectrale beeldvorming van excitonopsluiting in een moiré-eenheidscel met een subnanometer-elektronensonde") met postdoctorale fellows Sandhya Susarla (nu professor aan de Arizona State University) en Mit H. Naik als co-hoofdauteurs. Vervolgens onderzoekt het team benaderingen om het moiré-rooster op verzoek af te stemmen en het fenomeen robuuster te maken voor materiële wanorde.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62326.php