Dos materiales novedosos, cada uno compuesto por una sola capa atómica y la punta de un microscopio de túnel de barrido; estos son los ingredientes para crear un tipo novedoso del llamado "punto cuántico". Estas nanoestructuras extremadamente pequeñas permiten un control delicado deelectrones individuales ajustando directamente sus niveles de energía. Estos dispositivos son clave para las tecnologías cuánticas modernas.
Las simulaciones teóricas para la nueva tecnología se realizaron en el equipo del Prof. Florian Libisch y el Prof. Joachim Burgdörfer en TU Wien. El experimento involucró al grupo del Prof. Markus Morgenstern en RWTH Aachen y al equipo en torno a los premios Nobel AndreGeim y Kostya Novoselov de Manchester que prepararon las muestras. Los resultados ya se han publicado en Nanotecnología de la naturaleza .
sintonización de energías de electrones
"Para muchas aplicaciones en el campo de las tecnologías cuánticas, se requiere un sistema cuántico donde los electrones ocupan dos estados, similar a un interruptor clásico, encendido o apagado, con la diferencia de que la física cuántica también permite superposiciones arbitrarias de encendido y apagado.fuera de los estados "explica Florian Libisch del Instituto de Física Teórica de TU Wien.
Una propiedad clave de tales sistemas es la diferencia de energía entre esos dos estados cuánticos: "La manipulación eficiente de la información almacenada en el estado cuántico de los electrones requiere un control perfecto de los parámetros del sistema. Un sistema ideal permite un ajuste continuo de la diferencia de energía decero a un gran valor ", dice Libisch.
Para los sistemas que se encuentran en la naturaleza, por ejemplo, los átomos, esto suele ser difícil de realizar. Las energías de los estados atómicos, y por lo tanto sus diferencias, son fijas. Las energías de ajuste se hacen posibles en nanoestructuras sintéticas diseñadas para confinar electrones. Estas estructuras sona menudo referidos como puntos cuánticos o "átomos artificiales"
Dos materiales ultrafinos: grafeno y nitruro de boro hexagonal
El equipo de investigación internacional de TU Wien, RWTH Aachen y la Universidad de Manchester ahora logró desarrollar un nuevo tipo de puntos cuánticos que permiten niveles de energía de electrones confinados mucho más precisos y ampliamente ajustables que antes. Este progreso fue posible gracias acombina dos materiales muy especiales: grafeno, una sola capa atómica conductora de átomos de carbono y nitruro de boro hexagonal, también una sola capa de material bastante similar al grafeno, excepto que es aislante.
Exactamente como el nitruro de boro de grafeno también forma una red de panal. "Sin embargo, los panales en grafeno y nitruro de boro hexagonal no son exactamente del mismo tamaño", explica Florian Libisch. "Si coloca cuidadosamente una sola capa de grafeno encima del hexagonalnitruro de boro, las capas no pueden coincidir perfectamente. Este ligero desajuste crea una superestructura en distancias de varios nanómetros, lo que da como resultado una oscilación espacial extremadamente regular en forma de onda de la capa de grafeno fuera del plano perfecto ".
Como muestran las extensas simulaciones en TU Wien, exactamente estas oscilaciones en grafeno sobre nitruro de boro hexagonal forman el andamio ideal para controlar las energías de los electrones. El paisaje potencial creado por la superestructura regular permite colocar con precisión el punto cuántico, o incluso moverlo continuamentey así cambiar sus propiedades suavemente. Dependiendo de la posición exacta de la punta del microscopio de túnel de exploración, los niveles de energía de los estados electrónicos dentro del punto cuántico cambian. "Un cambio de unos pocos nanómetros permite cambiar la diferencia de energía de dos vecinosniveles de energía de menos cinco a más de diez milielectronvoltios con alta precisión: un rango de ajuste aproximadamente cincuenta veces mayor que antes ", explica Florian Libisch.
Hacia "Valleytronics"
Como siguiente paso, la punta del microscopio de túnel de barrido podría reemplazarse por una serie de puertas nanoelectrónicas. Esto permitiría explotar los estados de puntos cuánticos de grafeno en nitruro de boro hexagonal para tecnologías cuánticas escalables como "valleytronics".
"Este nuevo campo emergente se está convirtiendo rápidamente en un centro de atención", comenta Florian Libisch. "Existen múltiples aplicaciones tecnológicas potenciales de estos materiales atómicamente delgados; es por eso que TU Wien también ha establecido recientemente un colegio especial de doctoradocentrado en materiales bidimensionales "
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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