石墨烯納米帶中的量子鏈

石墨烯納米帶中的量子鏈

由單個元素的原子組成的材料具有完全不同的性質，這取決于原子的排列，這聽起來可能很奇怪，但實際上是石墨烯納米帶的真實情況。這些帶只有幾個碳原子寬，只有一個原子厚，并且根據(jù)它們的形狀，具有非常不同的電子性質。Nd寬度：導體、半導體或絕緣體。由EMPA納米技術@Surface領導的國際研究團隊。

實驗室已經(jīng)成功地通過專門改變色帶的形狀來精確地調(diào)整色帶的特性。這種技術的特點是它不僅可以改變上述常見的電子特性，還可以用來產(chǎn)生特定的局域量子態(tài)。

這背后是什么在這種情況下，如果窄石墨烯納米帶的寬度從7個原子變?yōu)?個原子，則在過渡區(qū)會產(chǎn)生一個特殊的區(qū)域：由于兩個區(qū)域的電子性質以一種特殊的，所謂的拓撲方式不同，在過渡區(qū)會產(chǎn)生一個非常強大的新量子態(tài)。這種局域電子現(xiàn)在，nic量子態(tài)可以用作生產(chǎn)定制半導體、金屬或絕緣體的基本元件，甚至可以用作量子計算機中的元件。

由Oliver Grning領導的EMPA研究人員可以證明，如果這些條帶是由不同寬度的規(guī)則交替區(qū)域構成的，那么可以通過多次躍遷產(chǎn)生一系列相互連接的量子態(tài)及其自身的電子結構。令人興奮的是，鏈的電子性質因根據(jù)不同部分的寬度，可以對它們進行微調(diào)——從導體到具有不同帶隙的半導體。這個原理可以應用于許多不同類型的過渡區(qū)，例如從7到11個原子。

格倫寧說，加州大學伯克利分校的一個獨立于我們的研究小組得出了類似的結果，這也突顯了這一發(fā)展的重要性。美國研究小組的工作已經(jīng)發(fā)表在《自然》雜志的同一期上。

基于這些新的量子鏈，未來可以制造出精確的納米晶體管——納米電子學的一個重要步驟。納米晶體管的狀態(tài)1和狀態(tài)0之間的切換距離實際上足夠大，這取決于半導體的帶隙——并且使用新的方法，幾乎可以隨意設置。

然而，事實上，這并不是那么簡單：因為鏈具有所需的電子性質，數(shù)百個甚至數(shù)千個原子都必須處于正確的位置。EMPA研究人員Grning說，這是基于復雜的跨學科研究。來自不同學科的研究人員，如dbendorf、mainz、dresden和troy（美國），一起工作。從理論上理解如何構建前體分子的特定知識，以及如何有選擇地在表面生長結構到結構，以及電子分析掃描隧道顯微鏡。

超小型晶體管是電子電路進一步小型化的下一步，在這里有著明顯的應用可能性：盡管它們在技術上具有挑戰(zhàn)性，但基于納米晶體管的電子器件實際上與當今的微電子技術是相同的。EMPA研究人員生產(chǎn)的半導體納米帶我允許晶體管的溝道截面比現(xiàn)在通常制造的溝道截面小1000倍。然而，也可以設想進一步的可能性，例如在自旋電子學甚至量子信息學領域。

這是因為不同寬度的石墨烯納米帶連接處的電子量子態(tài)也可以攜帶磁矩。這使得不按照以前的慣例處理信息成為可能，但通過所謂的旋轉——隱喻地說，是一個國家旋轉的方向。發(fā)展可以進一步說，我們觀察到拓撲結束態(tài)出現(xiàn)在一些量子鏈的末端，這就提供了將它們作為所謂的量子位元素使用的可能性——量子計算機中的復雜互鎖態(tài)，奧利弗·格寧解釋說。

然而，現(xiàn)在和明天，沒有一臺量子計算機是由納米帶制造的——仍然需要大量的研究，Grning說。通過單個量子態(tài)的目標組合靈活調(diào)整電子特性的可能性是超小型晶體管新材料生產(chǎn)的一個重大飛躍。這些材料在環(huán)境條件下是穩(wěn)定的這一事實對未來應用的發(fā)展具有重要作用。Grning繼續(xù)說，原子鏈創(chuàng)造局域量子態(tài)并以有針對性的方式將它們連接起來的潛力也很吸引人。然而，這一潛力是否真的能在未來的量子計算機中使用仍有待觀察。

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