Магічний графен: учені вивели квантову електроніку на новий рівень

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту перетворили "чарівний" матеріал, що складається з атомарних тонких шарів вуглецю, на три корисних електронних пристрої.

Зазвичай, ключові пристрої, що застосовуються в індустрії квантової електроніки, створюються з використанням різних матеріалів і в кілька етапів. Підхід учених Массачусетського технологічного інституту (MIT) спростить процес виробництва. Нова розробка посприяє створенню абсолютно нового покоління квантових електронних пристроїв і при подальшому вивченні може дати нове розуміння фізики надпровідності.

Про це повідомляє видання news.mit.edu.

З моменту відкриття графену у 2004 році інтерес до цього матеріалу різко зріс через його унікальні властивості. Наприклад, він міцніший за алмаз, прозорий та еластичний. Також він легко проводить як тепло, так і електрику.

У 2018 році вчені з MIT і Гарвардського університету зробили приголомшливе відкриття: вони зʼясували, що двошаровий графен, у якому один з шарів перебував під кутом 1,1 градуса, мав властивості або надпровідника, або ізолятора, залежно від кількості електронів, що впливають на електричні поля. По суті, команда змогла міняти властивості матеріалу, змінюючи напругу, що подається на нього. Це викликало великий інтерес у дослідницькій спільноті, завдяки чому виник новий напрям — твістроніка.

А у 2021 році вченим з MIT вдалося наділити графен новою, третьою, властивістю. Тепер він може бути і надпровідним, і ізоляційним, і напівпровідниковим. У підсумку, на основі одного лише графену можна створити повноцінну електронну схему, тоді як раніше для її створення було потрібно безліч різних компонентів з різними властивостями. Цей новий матеріал, отриманий на основі графену, учені називають не інакше, як "чарівним".

Команда вже протестувала все на практиці, використавши "магічний" компонент для створення трьох різних квантових електронних пристроїв, що включають надпровідні перемикачі. Їхня перевага в тому, що вони зроблені з одного електрично налаштованого матеріалу. На відміну від електроніки, створеної традиційним способом, їм не страшна така проблема, як несумісність матеріалів. Учені вже протестували роботу двох пристроїв — спектроскопічного тунелювання й одноелектронного транзистора. На їхній основі дослідники вивчатимуть нові властивості надпровідності і чутливості до електричних полів.

За словами учасників експерименту, "чарівний" графен можна буде використовувати для створення першого кубіта з перебудовуваною напругою з одного матеріалу, який можна буде застосовувати в майбутніх квантових компʼютерах. Крім того, оскільки нова система дозволяє проводити більш докладні дослідження надпровідності графену, команда сподівається, що зможе просунутися у вивченні властивості високотемпературних надпровідників.

Раніше ми повідомляли про те, що вчені вирішили головну проблему квантових компʼютерів. Дослідники знайшли спосіб зробити квантові обчислення безпомилковими.