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新聞動(dòng)態(tài)
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石墨烯開(kāi)啟量子運(yùn)算研究新方向

作者:中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司 來(lái)源:http://m.chun-tian.cn 日期:2014-01-26 11:41:59


根據(jù)美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)發(fā)布的最新研究進(jìn)展顯示,由于石墨烯具有選擇性自旋的特性,在某些極端情況下可在邊緣形成量子電路,從而可望開(kāi)啟量子運(yùn)算等新應(yīng)用領(lǐng)域。

研究人員表示,二維碳材料能以這種新方式加以利用,有助于進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)意外的特性與使用案例。根據(jù)這份在《自然》(Nature)雜志發(fā)表的研究顯示,石墨烯在某些極端情況下還會(huì)提供一些額外的優(yōu)點(diǎn),例如量子運(yùn)算等新應(yīng)用。

這最終有可能實(shí)現(xiàn)量子電腦的制造,根據(jù)其中一位研究人員表示,不過(guò)由于它必須具備極端條件,使其必須要由一款高度專業(yè)化的機(jī)器來(lái)制造,因此將優(yōu)先用于像國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等級(jí)的運(yùn)算任務(wù)中。

在這項(xiàng)研究中,石墨烯被置于一個(gè)極端強(qiáng)大的磁場(chǎng)下,以非常低的溫度和電子的自旋方向來(lái)決定石墨烯如何過(guò)濾這些電子—這是一項(xiàng)傳統(tǒng)電子系統(tǒng)無(wú)法執(zhí)行的任務(wù)。

研究人員們發(fā)現(xiàn),如果在石墨烯上施加一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng),當(dāng)電子圍繞導(dǎo)電邊緣以順時(shí)針或逆時(shí)針移動(dòng)時(shí),石墨烯也隨發(fā)生變化。在正常情況下,電流只會(huì)沿著石墨烯的邊緣流動(dòng),而主體部分保持絕緣。電流以一個(gè)方向移動(dòng)的現(xiàn)象即量子霍爾效應(yīng)。

石墨烯可被用于各種不同的目的。然而,研究人員發(fā)現(xiàn),透過(guò)改變磁場(chǎng),就能開(kāi)啟或關(guān)斷邊緣狀態(tài),這意味著原則上可以從物質(zhì)中制造出電路和電晶體。這是透過(guò)傳統(tǒng)絕緣體無(wú)法完成的。更重要的是,這種自旋選擇性避免電子移動(dòng)的崩解,即使邊緣存在臟污,電子沿著邊緣傳輸時(shí)也幾乎沒(méi)有瑕疵。

該論文由Pablo Jarillo-Herrero與Ray Ashoori教授、博士后研究生Andrea Young與Ben Hunt、研究生Javier Sanchez-Yamaguchi以及其他幾個(gè)人共同發(fā)表,并得到美國(guó)能源部(DoE) 、Gordon and Betty Moore基金會(huì)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)的資金贊助,以及使用佛羅里達(dá)州的美國(guó)國(guó)家強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)施等支持。

據(jù)MIT研究人員表示,盡管過(guò)去已經(jīng)對(duì)石墨烯薄片的行為加以預(yù)測(cè),但卻從來(lái)沒(méi)有真的實(shí)際進(jìn)行。選擇性自旋的行為也是至今第一次能夠在石墨烯單層上表現(xiàn)出來(lái),同時(shí)也象征第一注注意到在兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。

根據(jù)研究人員表示,這項(xiàng)研究標(biāo)示著一個(gè)邁向拓墣絕緣體研究的新方向,他們并不知道未來(lái)的更多研究將通往何處,但強(qiáng)調(diào)這些發(fā)展為建構(gòu)新電子設(shè)備開(kāi)啟了更多可能性。更重要的是,他們相信,這項(xiàng)工作可能經(jīng)由各種交互作用使拓墣絕緣與石墨烯實(shí)體連結(jié)起來(lái)。

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