这两层并不是完全重叠的——相反

 助焊剂     |      2021-05-09 12:10

原标题:神奇!MIT用魔角石墨烯制造三种多成果电子设备,打破质料不兼容瓶颈

  麻省理工学院的研究人员,乐成将一种由原子薄层碳构成的“神奇”质料酿成了三种有用的电子设备。

  凡是,这类器件都是量子电子业的要害,它们是由需要多个建造步调的各类质料制成的。而麻省理工学院的要领,自动办理了与那些更巨大的进程相关的各类问题。

  这项事情大概会开创新一代量子电子设备的应用,包罗量子计较。另外,这些设备可以是超导的,或能实现无电阻导电。值得留意的是,他们通过一种非通例的机制做到了这一点,跟着进一步的研究,大概会给超导物理学提供新的看法。

  研究人员在2021年5月3日的《自然·纳米技能》(Nature Nanotechnology)杂志上陈诉了他们的研究功效,曹原为配合通讯编辑。

  “在这项事情中,大家已经证明白邪术角石墨烯是所有超导质料顶用途最遍及的,它答允大家在一个单一系统中实现多种量子电子设备。操作这个先进的平台,大家已经可以或许第一次摸索只呈此刻二维空间的新型超导物理。”麻省理工学院塞西尔和艾达格林物理学传授、这项事情的带头人Pablo Jarillo-Herrero暗示。

  这种新的“神奇”质料是基于石墨烯打造而成的——它比钻石更强,透明,机动,还易于导热和导电。

  2018年,Jarillo-Herrero团队有了一个惊人的发明,涉及两层石墨烯,一层叠加在另一层上。他们发明,这两层并不是完全重叠的——相反,个中一个以1.1度的“魔角”轻微旋转。

  由此发生的布局,使石墨烯可以成为超导体或绝缘体(阻止电流活动),这取决于电场提供的系统中的电子数量。从本质上讲,该团队可以或许通过改变旋钮处的电压,将石墨烯调解到完全差异的状态。

  这种整体上的“神奇”质料,正式名称为“魔角扭曲双层石墨烯”(MATBG),已经引起了研究界的强烈乐趣,甚至引发了一个新的规模(扭曲电子学)。这也是当前事情的焦点。

  2018年,Jarillo-Herrero和同事通过单个电极或金属栅极改变了提供应这种神奇质料的电压。在今朝的事情中,大赢家棋牌,“大家引入了多个门,使质料的差异规模受到差异的电场,”Daniel Rodan-Legrain说,他是一名物理学研究生,也是最新论文的主要编辑。

  基于此,研究小组就能将同一种神奇质料的差异部门调解为从超导到绝缘到介于两者之间的多种电子态。然后,通过应用差异设置的栅极,他们可以或许复制凡是用完全差异的质料制造的电子电路的所有部门。

  最终,该团队利用这种要领缔造了三种差异的可事情的量子电子设备。这些设备包罗约瑟夫森结(Josephson junction,也称为超导开关)。约瑟夫森结是超导量子计较机背后的量子比特或量子位的构成部门。它们也有各类百般的其他应用,好比与可以或许很是准确地丈量磁场的设备相团结。

  该团队还缔造了两个相关的设备:一个光谱隧穿设备和一个单电子晶体管。光谱地道装置是研究超导电性的要害;而单电子晶体管则长短常敏捷的电流节制装置,可以发生一次一个电子的电流,对电场极为敏感。

  这三种设备都受益于由单一的电子可调质料制成。那些由多种质料制成的传统质料面对着各类百般的挑战。譬喻,差异的质料大概不兼容。

  MATBG具有显著的机能,它的电气机能——金属、超导、绝缘等——可以通过对四周的栅极施加电压来确定。在这项事情中,Rodan-Legrain等人已经证明,他们可以通过对单一的MATBG薄片举办电气门控,制造包括超导、正常和绝缘区域的相当巨大的设备。

  传统的要领是用差异的质料分几个步调来制造该设备。而利用MATBG,通过简朴地改变栅极电压,发生的器件可以完全从头设置。这些MATBG地道器件在单一质料中具有多种成果,可应用于石墨烯基可调谐超导量子比特、片上超导电路和电磁传感,还能与相关设备结适用于超风雅的磁场丈量。

  《自然·纳米技能》论文中描写的事情,为很多潜在的将来希翼铺平了阶梯。譬喻,Rodan-Legrain说,它可以用来用单一质料缔造第一个电压可调的量子位元,这可以应用于将来的量子计较机。

  另外,由于新系统可以或许对MATBG中神秘的超导性举办更具体的研究,并且相对容易操纵,该团队但愿它能让大家深入相识高温超导体的发生。今朝的超导体只能在很低的温度下事情。