Магический графен: ученые вывели квантовую электронику на новый уровень
Обычно, ключевые устройства, применяемые в индустрии квантовой электроники, создаются с использованием различных материалов и в несколько этапов. Подход ученых их Массачусетского технологического института (MIT) упростит процесс производства. Новая разработка поспособствует созданию абсолютно нового поколения квантовых электронных устройств и при дальнейшем изучении может дать новое понимание физики сверхпроводимости.
С момента открытия графена в 2004 году интерес к этому материалу резко возрос из-за его уникальных свойств. Например, он прочнее алмаза, прозрачен и эластичен. Также он легко проводит как тепло, так и электричество.
В 2018 году ученые из MIT и Гарвардского университета сделала потрясающее открытие: они выяснили, что двухслойный графен, в котором один из слоев находился под углом 1,1 градуса, имел свойства либо сверхпроводника, либо изолятора, в зависимости от количества электронов воздействующего электрического поля. По сути, команда смогла менять свойства материала, изменяя напряжение, подаваемое на него. Это вызвало большой интерес в исследовательском сообществе, благодаря чему возникло новое направление - твистроника.
А в 2021 году ученым из MIT удалось наделить графен новым, третьим, свойством. Теперь он может быть и сверхпроводящим, и изоляционным, и полупроводниковым. В итоге, на основе одного только графена можно создать полноценную электронную схему, тогда как раньше для ее создания требовалось множество разных компонентов с различными свойствами. Этот новый материал, полученный на основе графена, ученые называют не иначе, как "волшебным".
Команда уже протестировала все на практике, использовав "магический" компонент для создания трех разных квантовых электронных устройств, включающих сверхпроводящие переключатели. Их преимущество в том, что они сделаны из одного электрически настраиваемого материала. В отличие от электроники, созданной традиционным способом, им не страшна такая проблема, как несовместимость материалов. Ученые уже протестировали работу двух устройств - спектроскопического туннелирования и одноэлектронного транзистора. На их основе исследователи будут изучать новые свойства сверхпроводимости и чувствительности к электрическим полям.
По словам участников эксперимента, "волшебный" графен можно будет использовать для создания первого кубита с перестраиваемым напряжением из одного материала, который можно будет применять в будущих квантовых компьютерах. Кроме того, поскольку новая система позволяет проводить более подробные исследования сверхпроводимости графена, команда надеется, что сможет продвинуться в изучении свойства высокотемпературных сверхпроводников.
