En una pequeña prisión cuántica, los electrones se comportan de manera bastante diferente en comparación con sus contrapartes en el espacio libre. Solo pueden ocupar niveles de energía discretos, muy parecidos a los electrones en un átomo; por esta razón, tales prisiones de electrones a menudo se llaman "artificiales"átomos ". Los átomos artificiales también pueden presentar propiedades más allá de las convencionales, con el potencial para muchas aplicaciones, por ejemplo, en la computación cuántica. Estas propiedades adicionales ahora se han demostrado para átomos artificiales en el material de carbono grafeno. Los resultados se han publicado en eldiario Nano letras , el proyecto fue una colaboración de científicos de TU Wien Viena, Austria, RWTH Aachen Alemania y la Universidad de Manchester GB.
Construcción de átomos artificiales
"Los átomos artificiales abren nuevas y emocionantes posibilidades, porque podemos ajustar directamente sus propiedades", dice el profesor Joachim Burgdörfer TU Wien, Viena. En materiales semiconductores como el arseniuro de galio, ya se ha demostrado que atrapar electrones en pequeños confinamientossea posible. Estas estructuras a menudo se denominan "puntos cuánticos". Al igual que en un átomo, donde los electrones solo pueden rodear el núcleo en ciertas órbitas, los electrones en estos puntos cuánticos son forzados a estados cuánticos discretos.
Se abren posibilidades aún más interesantes al usar grafeno, un material que consiste en una sola capa de átomos de carbono, que ha atraído mucha atención en los últimos años. "En la mayoría de los materiales, los electrones pueden ocupar dos estados cuánticos diferentes enuna energía dada. La alta simetría de la red de grafeno permite cuatro estados cuánticos diferentes. Esto abre nuevas vías para el procesamiento y almacenamiento de información cuántica ", explica Florian Libisch de TU Wien. Sin embargo, la creación de átomos artificiales bien controlados en grafeno resultó enser extremadamente desafiante
El filo no es suficiente
Existen diferentes formas de crear átomos artificiales: la más simple es colocar electrones en pequeñas escamas, cortadas de una capa delgada del material. Mientras esto funciona para el grafeno, la simetría del material se rompe por los bordes de la escamaque nunca puede ser perfectamente suave. En consecuencia, la multiplicidad especial de cuatro veces de estados en el grafeno se reduce a la doble convencional.
Por lo tanto, se tuvieron que encontrar diferentes formas: no es necesario utilizar pequeñas escamas de grafeno para capturar electrones. Usar combinaciones inteligentes de campos eléctricos y magnéticos es una opción mucho mejor. Con la punta de un microscopio de túnel de exploración, un campo eléctricose puede aplicar localmente. De esa manera, se crea una pequeña región dentro de la superficie del grafeno, en la cual los electrones de baja energía pueden quedar atrapados. Al mismo tiempo, los electrones son forzados a pequeñas órbitas circulares aplicando un campo magnético ".solo use un campo eléctrico, los efectos cuánticos permiten que los electrones salgan rápidamente de la trampa ", explica Libisch.
Nils Freitag y Peter Nemes-Incze midieron los átomos artificiales en el RWTH Aachen en el grupo del profesor Markus Morgenstern. Larisa Chizhova, Florian Libisch y Joachim Burgdöfer desarrollaron simulaciones y modelos teóricos en TU Wien Viena.Una muestra de grafeno excepcionalmente limpia provino del equipo de Andre Geim y Kostya Novoselov de Manchester GB: estos dos investigadores recibieron el Premio Nobel en 2010 por crear láminas de grafeno por primera vez.
Los nuevos átomos artificiales ahora abren nuevas posibilidades para muchos experimentos de tecnología cuántica: "Cuatro estados de electrones localizados con la misma energía permiten cambiar entre diferentes estados cuánticos para almacenar información", dice Joachim Burgdörfer. Los electrones pueden preservar superposiciones arbitrarias para unmucho tiempo, propiedades ideales para computadoras cuánticas. Además, el nuevo método tiene la gran ventaja de la escalabilidad: debería ser posible colocar muchos de estos átomos artificiales en un chip pequeño para usarlos en aplicaciones de información cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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