Электроны графена удалось "поймать": это может ускорить разработку квантовых компьютеров

Уникальная двумерная структура графена приводит к тому, что электроны проходят через него не так, как это происходит с большинством других материалов. Одним из следствий такого переноса является невозможность остановить электроны подачей напряжения. И это проблема, ведь при использовании графена для создания, например, квантовых компьютеров необходимо иметь возможность останавливать и контролировать эти уникальные электроны. Международная группа ученых решила давнюю проблему. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.

Экспериментальная команда использовала атомные кирпичи, чтобы построить стены, способные остановить электроны графена. Атомные стенки, ограничивающие электроны, привели к образованию структур. Затем их спектр сравнивался с теоретическими предсказаниями, демонстрируя тем самым, что электроны были ограничены. В частности ученые смогли добиться сконструированных структур, которые привели к почти идеальному удержанию электронов. Об этом свидетельствует появление резких резонансов квантовых ям с удивительно большим временем жизни.

Исследование наглядно показывает, что непроницаемые стенки для электронов графена могут быть созданы путем коллективного манипулирования большим количеством атомов водорода. В экспериментах использовался сканирующий туннельный микроскоп для создания искусственных стен с субнанометрической точностью. Это привело к появлению наноструктур графена произвольно сложной формы с размерами от двух нанометров до одного микрона.

Важно отметить, что этот метод является неразрушающим, что позволяет исследователям стирать и восстанавливать наноструктуры по своему желанию. При этом обеспечивается беспрецедентный уровень контроля для создания искусственных графеновых устройств.

Эксперименты показывают, что сконструированные наноструктуры способны идеально удерживать электроны графена в этих искусственно созданных моделях. При этом они преодолевают критическую проблему, создаваемую туннелированием Клейна. В конечном счете это открывает много новых интересных возможностей - наноструктуры реализуют квантовые точки графена, которые могут быть выборочно связаны, тем самым открывая для ученых возможность создания искусственного квантового вещества.