Forskare visar ett nytt sätt att framkalla användbara defekter med hjälp av osynliga materialegenskaper

23 dec 2022 (Nanowerk Nyheter) Mycket av modern elektronik och datorteknik bygger på en idé: lägg till kemiska föroreningar, eller defekter, till halvledare för att ändra deras förmåga att leda elektricitet. Dessa förändrade material kombineras sedan på olika sätt för att producera de enheter som utgör grunden för digital beräkning, transistorer och dioder. Visserligen är vissa kvantinformationsteknologier baserade på en liknande princip: att lägga till defekter och specifika atomer i material kan producera qubits, kvantberäkningens grundläggande informationslagringsenheter. Gaurav Bahl, professor i mekanisk vetenskap och teknik vid University of Illinois Urbana-Champaign och medlem av Illinois Quantum Information Sciences and Technology Center, undersöker hur speciella icke-linjära egenskaper i konstruerade material kan uppnå liknande funktioner utan att behöva lägga till avsiktligt defekter. Som hans forskargrupp rapporterar i sin artikel i Fysiska granskningsbrev ("Självinducerat Dirac-gränstillstånd och digitalisering i en icke-linjär resonatorkedja"), kan ett metamaterial ändra sin funktionalitet på egen hand beroende på ingångens effektnivå. Illinois/IQUIST-forskare visar ett nytt sätt att framkalla användbara defekter med hjälp av osynliga materialegenskaper. (Bild: Grainger College of Engineering vid University of Illinois Urbana-Champaign) A metamaterial är ett konstgjort system som replikerar beteendet hos verkliga material gjorda av naturliga atomer. Forskarna konstruerade en vars beteende är analogt med en speciell typ av halvledare som kallas Dirac-material. Den bestod av en kedja av magnetisk-mekaniska resonatorer, där de magnetiska interaktionerna verkade som bindningar mellan atomer i en endimensionell kristall. När någon av dessa "atomer" exciterades mekaniskt, det vill säga fick röra sig periodiskt, spred sig excitationen till resten av kristallen, precis som elektroner som injicerades i en halvledare. Efter att ha visat att ett helt enhetligt Dirac-metamaterial inte tillåter mekaniska excitationer att passera (precis som elektroner är förbjudna att strömma genom isolerande halvledare), introducerade forskarna en specifik uppsättning olinjäriteter i systemet. Denna nya egenskap tillförde känslighet till nivån av den mekaniska exciteringen och kunde subtilt ändra resonansenergin hos de magnetomekaniska atomerna. Med rätt val av olinjäritet observerade forskarna en skarp övergång från isolerande till ledningsbeteende beroende på hur stark inmatning som gavs. Detta spännande beteende var ett resultat av det spontana uppkomsten av en ny gräns där den effektiva massan av den mekaniska exciteringen, en osynlig inre egenskap hos Dirac-material, genomgick en teckenförändring beroende på excitationsnivån. Forskarna blev förvånade över att finna att denna gräns åtföljdes av ett nytt tillstånd som "poppade in" vid gränsen och tillät ingående energi att överföra genom materialet. Denna effekt var mycket lik hur en defekt atom verkar i en halvledare "Inom fotonik och elektronik," sa Bahl, "kan ickelinjära egenskaper som denna konstrueras för att bilda grunden för nya beräkningssystem som inte förlitar sig på den konventionella halvledarmetoden .” Närhelst vi lägger till defekta tillstånd och speciella atomer avbryter vi materialets enhetlighet, vilket kan leda till andra oönskade effekter. Emellertid har material där ett defekttillstånd kan bildas på begäran genom en osynlig egenskap, såsom Dirac-massan som används i detta arbete, djupgående implikationer för kvantinformationssystem där det lovar qubits som kan produceras dynamiskt där de behövs. Nästa utmaning är att hitta eller syntetisera verkliga material baserade på naturliga atomer som kan replikera denna effekt.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62072.php