La realización experimental del grafeno ultrafino, que le valió a dos científicos de Cambridge el Premio Nobel de física en 2010, ha dado paso a una nueva era en la investigación de materiales.
Lo que comenzó con el grafeno ha evolucionado para incluir numerosos materiales relacionados de un solo átomo de espesor, que tienen propiedades inusuales debido a su ultradelgado. Entre ellos se encuentran los dichoslcogenuros de metales de transición TMD, materiales que ofrecen varias características clave que no están disponibles en el grafenoy están emergiendo como semiconductores de próxima generación.
Los TMD podrían lograr una superconductividad topológica y, por lo tanto, proporcionar una plataforma para la computación cuántica: el objetivo final de un grupo de investigación de Cornell dirigido por Eun-Ah Kim, profesor asociado de física.
"Nuestra propuesta es muy realista, es por eso que es emocionante", dijo Kim sobre la investigación de su grupo. "Tenemos una estrategia teórica para materializar un superconductor topológico ... y eso será un paso hacia la construcción de una computadora cuántica".La historia de la superconductividad en los últimos 100 años ha sido liderada por descubrimientos accidentales. Tenemos una propuesta basada en principios firmes.
"En lugar de esperar un nuevo material que tenga las propiedades que desea", dijo, "vamos a buscarlo con conocimiento y principio de diseño".
Yi-Ting Hsu, un estudiante de doctorado en el Grupo Kim, es autor principal de "Superconductividad topológica en monocapas de metal de transición de dichoslcogenuros", publicado el 11 de abril en Comunicaciones de la naturaleza . Otros miembros del equipo incluyen ex alumnos del Grupo Kim Mark Fischer, ahora en ETH Zurich en Suiza, y Abolhassan Vaezi, ahora en la Universidad de Stanford.
La propuesta del grupo: las propiedades inusuales de los TMD favorecen dos estados superconductores topológicos que, si se confirman experimentalmente, abrirán posibilidades para manipular superconductores topológicos a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Kim identificó TMD de capa única dopada con agujero carga positiva mejorada como un candidato prometedor para la superconductividad topológica, basado en el bloqueo especial conocido entre el estado de espín y la energía cinética de los electrones bloqueo de valle de espín de TMD de capa única, así como las observaciones recientes de superconductividad en TMD de capa única dopados con electrones potencia de carga negativa.
El objetivo del grupo es un superconductor que opera a alrededor de 1 grado Kelvin aproximadamente menos 457 Fahrenheit, que podría enfriarse con helio líquido lo suficiente como para mantener el potencial de computación cuántica en un estado superconductor.
En teoría, alojar una computadora cuántica lo suficientemente potente como para justificar la potencia necesaria para mantener el superconductor a 1 grado Kelvin no está fuera de discusión, dijo Kim. De hecho, IBM ya tiene una computadora de 7 qubits bits cuánticos, queopera a menos de 1 Kelvin, disponible al público a través de su IBM Quantum Experience.
Una computadora cuántica con aproximadamente seis veces más qubits cambiaría fundamentalmente la informática, dijo Kim.
"Si llegas a 40 qubits, esa potencia de cómputo excederá cualquier computadora clásica", dijo. "Y albergar una [computadora cuántica] de 40 qubit en temperatura criogénica no es un gran problema. Seráuna revolución."
Kim y su grupo están trabajando con Debdeep Jena y Grace Xing de ingeniería eléctrica e informática, y Katja Nowack de física, a través de una subvención inicial de grupo de investigación interdisciplinaria del Centro de Investigación de Materiales de Cornell. Cada grupo reúne a investigadores de diferentes departamentos,con el apoyo de la universidad y el programa de Centros de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la Fundación Nacional de Ciencias.
"Estamos combinando la experiencia en ingeniería de DJ y Grace, y la experiencia que Katja tiene en sistemas mesoscópicos y superconductores", dijo Kim. "Se requieren diferentes conocimientos para lograrlo, y CCMR lo permite".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Tom Fleischman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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