Kuantum fenomeninin elektriksel kontrolü gelecekteki elektronik cihazları iyileştirebilir
Bazı kuantum malzemelerdeki elektron akışının yönünü değiştirmeye yönelik yeni bir elektriksel yöntem, yeni nesil elektronik cihazların ve kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde önemli sonuçlar doğurabilir. Araştırmacılar Penn Eyaleti Kuantum anormal Hall (QAH) etkisini sergileyen malzemelerde yöntemi geliştirdi ve gösterdi — Bir malzemenin kenarı boyunca elektron akışının enerji kaybetmediği bir olgu. Ekip çalışmayı şöyle anlatıyor: Doğa Malzemeleri.
ABD Ulusal Bilim Vakfı araştırmayı iki yolla destekledi: ödüllerdahil olmak üzere Fakülte Erken Kariyer Gelişimi (KARİYER) ödülü ve NSF’ler aracılığıyla Nano Ölçekli Bilim için Malzeme Araştırma Bilimi ve Mühendisliği Merkezi.
Penn Eyaleti bilim insanı Cui-Zu Chang, “Elektronik cihazlar küçüldükçe ve hesaplama talepleri büyüdükçe, elektron akışının kontrolünü de içeren bilgi aktarımının verimliliğini artırmanın yollarını bulmak giderek daha önemli hale geliyor” dedi.
Araştırmacılar belirli, optimize edilmiş özelliklere sahip bir QAH yalıtkanı ürettiler. QAH yalıtkanına beş milisaniyelik bir akım darbesi uygulamanın, malzemenin iç manyetizmasını etkilediğini ve elektronların yön değiştirmesine neden olduğunu buldular; bu, kuantum teknolojilerinde bilgi aktarımını, depolanmasını ve geri alınmasını optimize etmek için kritik bir yetenektir.
Penn Eyaleti bilim insanı Chao-Xing Liu, “Elektron akışının yönünü değiştirmeye yönelik önceki yöntem, malzemenin manyetizmasını değiştirmek için harici bir mıknatısa dayanıyordu, ancak elektronik cihazlarda mıknatıs kullanmak ideal değil” dedi. “Hacimli mıknatıslar akıllı telefonlar gibi küçük cihazlar için pratik değildir ve elektronik anahtar genellikle manyetik anahtardan çok daha hızlıdır. Elektron akışının yönünü değiştirmek için uygun bir elektronik yöntem bulduk.”
Araştırmacılara göre kuantum malzemelerde manyetik kontrolden elektronik kontrole geçiş, geleneksel hafıza depolamada meydana gelen değişime benzer. Orijinal sabit sürücülerde ve disketlerde bilgilerin depolanması, manyetik bir alan oluşturmak ve veri yazmak için mıknatısların kullanılmasını içerirken, USB sürücülerde, katı hal sabit sürücülerde ve akıllı telefonlarda kullanılanlar gibi daha yeni “flash bellek” elektronik olarak yazılmaktadır.
“Bu araştırmacıların gösterdiği yöntem — manyetik alana ihtiyaç duymadan kenar akımını kontrol edebilme yeteneği — NSF’nin Malzeme Araştırmaları Bölümü’nde program direktörü olan Tomasz Durakiewicz, “kuantum teknolojilerinde gelecekteki olası uygulamalara doğru kritik bir adımdır” dedi.
Ekip şu anda sistemi açıp kapatmak için elektronları rotaları üzerinde nasıl duraklatacaklarını araştırıyor. Araştırmacılar aynı zamanda QAH etkisinin daha yüksek sıcaklıklarda nasıl gösterileceğinin de peşinde.
Chang, “Bu etki, kuantum bilgisayarlar ve süper iletkenlere yönelik mevcut gereksinimlerin yanı sıra, mutlak sıfıra yakın çok düşük sıcaklıklar gerektiriyor” dedi. “Uzun vadeli hedefimiz, QAH etkisini teknolojik olarak daha uygun sıcaklıklarda çoğaltmaktır.”