با تلاش محققان؛

نانوسیم‌ها خواص و رفتار الکترون‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهند

محققان با استفاده از نانوسیم، مسیر مارپیچی برای حرکت الکترون‌ها ایجاد کردند که روی خواص الکترون‌ها اثر می‌گذارد و آن‌ها را برای استفاده از تجهیزات کوانتومی مطلوب‌تر می‌کند.

کد خبر: ۸۹۳۳۹۰

يکشنبه - ۰۹ آذر ۱۳۹۹ / November 29, 2020

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی اساتید گروه فیزیک و نجوم دانشگاه پترزبورگ یک مسیر مارپیچی برای الکترون‌ها به وجود آورد و خواص جدیدی در آن‌ها ایجاد کردند که می‌تواند در دستگاه‌های کوانتومی آینده به‌ کار گرفته شود.

جرمی لوی، استاد فیزیک ماده متراکم و پاتریک ایروین نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای در نشریه Science Advances به چاپ رساندند.

لوی درباره این پروژه می‌گوید: «ما از قبل می‌دانستیم که چگونه می‌توان از طریق نانوسیم‌های یک بعدی که از این مواد اکسید ساخته می‌شوند، برای شلیک الکترون استفاده کرد. آنچه در این پروژه متفاوت است آن است که ما محیط را برای الکترون‌ها تغییر داده‌ایم و آن‌ها را مجبور می‌کنیم که هنگام حرکت به سمت چپ و راست سوق پیدا کنند. این حرکت باعث تغییر خصوصیات الکترون‌ها شده و رفتار جدیدی در آن‌ها ایجاد می‌کند.»

این کار توسط یکی از دانشجویان دکتری که به تازگی PhD خود را دریافت کرده، انجام شده‌است. پایان‌نامه مگان بریگمن، به توسعه پلتفورم «شبیه سازی کوانتوم» در یک بعد اختصاص داشت.

الکترون‌ها وقتی مجبور می‌شوند در امتداد یک خط مستقیم (در یک بُعد) وجود داشته باشند، رفتار بسیار متفاوتی دارند. به‌عنوان مثال مشخص شده‌ است که اجزای اسپین و بار الکترون می‌توانند از هم جدا شده و از طریق یک سیم یک‌بعدی با سرعت‌های مختلف حرکت کنند. این رفتار‌های عجیب برای توسعه فناوری‌های پیشرفته کوانتومی مانند کامپیوتر‌های کوانتومی جذاب و مهم است. حرکت در امتداد یک خط مستقیم تنها یکی از بسیار امکاناتی است که می‌توان با استفاده از این روش شبیه‌سازی کوانتومی ایجاد کرد.

یک پیشنهاد اخیر برای محاسبات کوانتومی محافظت شده از منظر توپولوژی، استفاده از مزایای «فرمیون‌های ماژورانا» است، ذراتی که می‌توانند در سیم‌های کوانتومی یک بعدی وجود داشته باشند.

به نظر می‌رسد سیستم LaAlO ۳ / SrTiO ۳ بسیاری از ملزومات این برهم‌کنش را داشته باشد البته تمام ملزومات را ندارد. آنچه که این سیستم کم دارد یک «برهم‌کنش اسپین-اوربیتال» قوی است که درصورت وجود، می‌تواند شرایط را برای فرمیون‌های ماژورانا ایجاد کند. یکی از یافته‌های اصلی لوی این است که برهم‌کنش اسپین-اوربیتال می‌تواند از طریق حرکت مارپیچی که الکترون‌ها مجبور به انجام آن هستند، مهندسی شود.

علاوه‌بر شناسایی جفت شدن اسپین-اوربیتال جدید مهندسی شده، این مسیر مارپیچی راه‌های جدیدی را برای برهم‌کنش میان الکترون‌ها با یکدیگر ایجاد می‌کند.