研究人员展示了一种利用不可见材料特性诱发有用缺陷的新方法

23年2022月XNUMX日（Nanowerk新闻）许多现代电子和计算技术都基于一个想法：向半导体中添加化学杂质或缺陷，以改变其导电能力。 然后，这些改变的材料以不同的方式组合起来，生产出构成数字计算、晶体管和二极管基础的设备。 事实上，一些量子信息技术基于类似的原理：在材料中添加缺陷和特定原子可以产生量子位，即量子计算的基本信息存储单元。 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程教授、伊利诺伊州量子信息科学与技术中心成员 Gaurav Bahl 正在探索工程材料中的特殊非线性特性如何能够实现类似的功能，而无需有意添加缺陷。 正如他的研究小组在其文章中所报告的那样 “物理评论快报” (“非线性谐振器链中的自感狄拉克边界态和数字化”），超材料可以根据输入的功率水平自行改变其功能。 伊利诺伊州/IQUIST 研究人员展示了一种利用不可见材料特性诱发有用缺陷的新方法。 （图片来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院） 超材料 是一个人造系统，可以复制由天然原子组成的真实材料的行为。 研究人员构建了一种其行为类似于一种称为狄拉克材料的特殊半导体的材料。 它由一系列磁机械谐振器组成，其中磁相互作用就像一维晶体中原子之间的键一样。 当这些“原子”中的任何一个被机械激发时，也就是说，周期性地移动时，激发就会传播到晶体的其余部分，就像电子注入半导体一样。 在证明完全均匀的狄拉克超材料不允许机械激发通过（就像禁止电子流过绝缘半导体一样）后，研究人员在系统中引入了一组特定的非线性。 这种新特性增加了对机械激发水平的敏感性，并且可以巧妙地改变磁机械原子的共振能量。 通过正确选择非线性，研究人员观察到从绝缘行为到导电行为的急剧转变，具体取决于提供的输入强度。 这种有趣的行为是由于新边界的自发出现而导致的，在该边界中，机械激励的有效质量（狄拉克材料的不可见内部属性）根据激励水平经历了符号变化。 研究人员惊讶地发现，这个边界伴随着一种新的状态，这种新的状态在边界处“突然出现”，并允许输入能量通过材料传输。 这种效应与缺陷原子在半导体中的作用非常相似“在光子学和电子学中，”巴尔说，“像这样的非线性特性可以被设计为形成不依赖于传统半导体方法的新计算系统的基础”。 每当我们添加缺陷态和特殊原子时，就会破坏材料的均匀性，这可能会导致其他不良影响。 然而，可以通过不可见属性按需形成缺陷态的材料，例如这项工作中使用的狄拉克质量，对量子信息系统具有深远的影响，它承诺可以在需要的地方动态生成量子位。 下一个挑战是寻找或合成基于天然原子的真实材料，可以复制这种效果。

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• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62072.php