Die Entdeckung elektrischer Wirbelfelder könnte Auswirkungen auf das Quantencomputing haben

Forscher der City University of Hong Kong (CityUHK) und lokale Partner haben ein neues elektrisches Wirbelfeld beobachtet, das das Potenzial hat, zukünftige elektronische, magnetische und optische Geräte zu verbessern.

Die Forschung „Polarer und quasikristalliner Wirbel beobachtet in verdrilltem Doppelschicht-Molybdändisulfid“ veröffentlicht In Wissenschaftist äußerst wertvoll, da es den Betrieb vieler Geräte verbessern kann, einschließlich der Verbesserung der Speicherstabilität und der Rechengeschwindigkeit.

Mit weiterer Forschung kann die Entdeckung des elektrischen Wirbelfelds auch Auswirkungen auf die Bereiche Quantencomputer, Spintronik und Nanotechnologie haben.

„Bisher erforderte die Erzeugung eines elektrischen Wirbelfelds teure Dünnschichtabscheidungstechniken und komplexe Verfahren. Unsere Forschung hat jedoch gezeigt, dass eine einfache Drehung in zweischichtigen 2D-Materialien leicht dieses elektrische Wirbelfeld induzieren kann“, sagte Professor Ly Thuc Hue von der Abteilung für Chemie und Kernmitglied des Center of Super-Diamond and Advanced Films am CityUHK.

Um eine saubere Grenzfläche zu erreichen, synthetisierten Forscher typischerweise Doppelschichten direkt. Es ist jedoch eine Herausforderung, die Freiheit der Verdrehungswinkel aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Verdrehungen mit geringem Winkel. Professor Lys Team erfand die innovative eisunterstützte Transfertechnik, die ihrer Meinung nach entscheidend für die Erzielung einer sauberen Grenzfläche zwischen Doppelschichten war und es ihnen ermöglichte, verdrehte Doppelschichten frei zu manipulieren und zu erzeugen.

Im Gegensatz zu früheren Studien, die sich auf Verdrehungswinkel von weniger als 3 Grad konzentrierten, ermöglichte die Technik des Teams die Erzeugung eines breiten Spektrums an Verdrehungswinkeln im Bereich von 0 bis 60 Grad, indem sowohl Synthese als auch künstliche Stapelung durch eisunterstützte Übertragung genutzt wurden.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Die Entdeckung des neuen elektrischen Wirbelfelds in der verdrillten Doppelschicht hat auch einen zweidimensionalen Quasikristall geschaffen, der möglicherweise zukünftige elektronische, magnetische und optische Geräte verbessert. Quasikristalle sind aufgrund ihrer geringen Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit wünschenswerte unregelmäßig geordnete Strukturen und eignen sich daher ideal für hochfeste Oberflächenbeschichtungen, beispielsweise in Bratpfannen.

Laut Professor Ly können diese Strukturen vielseitig eingesetzt werden, da das erzeugte elektrische Wirbelfeld je nach Verdrehungswinkel unterschiedlich ist. Die Quasikristalle können zu einem stabileren Memory-Effekt für elektronische Geräte, ultraschneller Mobilität und Geschwindigkeit beim Rechnen, verlustfreiem Polarisationswechsel, neuartigen polarisierbaren optischen Effekten und Fortschritten in der Spintronik führen.

Entdeckung einer neuen Technik

Auf dem Weg zur neuen Beobachtung überwand das Team viele Schwierigkeiten. Zunächst mussten sie einen Weg finden, eine saubere Grenzfläche zwischen Doppelschichten herzustellen. Dies führte sie dazu, eine neue Technik zu entdecken, bei der Eis als Übertragungsmaterial verwendet wird – eine Premiere auf diesem Gebiet.

Durch die Synthese und Übertragung von 2D-Materialien mithilfe einer dünnen Eisschicht erreichte das Team saubere Schnittstellen, die leicht zu manipulieren waren. Im Vergleich zu anderen Techniken ist diese eisgestützte Transfertechnik effektiver, weniger zeitaufwändig und kostengünstiger.

Anschließend mussten sie die Herausforderung meistern, das Material zu analysieren. Die Entdeckung gelang ihnen schließlich durch den Einsatz der vierdimensionalen Transmissionselektronenmikroskopie (4D-TEM) und die Zusammenarbeit mit anderen Forschern. In einer ihrer vielen Testphasen wurde die verdrehte zweischichtige 2D-Struktur erstellt und das neue elektrische Wirbelfeld beobachtet.

Blick in die Zukunft

Angesichts des umfangreichen Anwendungsspektrums für Verdrehungswinkel freut sich das Team darauf, seine Forschung auf der Grundlage der neuen Beobachtung weiterzuentwickeln und ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Die nächsten Schritte ihrer Studie werden sich darauf konzentrieren, das Material weiter zu manipulieren, beispielsweise zu testen, ob das Stapeln mehrerer Schichten möglich ist, oder zu sehen, ob der gleiche Effekt mit anderen Materialien erzeugt werden kann.

Nachdem das Team seine eisunterstützte Transfertechnik patentiert hat, freut es sich darauf, zu sehen, ob mit Hilfe seiner Technik weltweit weitere Entdeckungen gemacht werden können, da es jetzt möglich ist, saubere Doppelschichtschnittstellen ohne umfangreiche und teure Verfahren zu erreichen.

„Diese Studie hatte das Potenzial, ein neues Feld zu entfachen, das sich auf verdrehte Wirbelfelder in der Nanotechnologie und Quantentechnologie konzentriert“, schloss Professor Ly und betonte, dass die Entdeckung, auch wenn sie sich in Bezug auf die Anwendung noch in einem frühen Stadium befindet, eine große Wende bedeuten könnte in Geräteanwendungen wie Speicher, Quantencomputer, Spintronik und Sensorik.