Forscher des Indian Institute of Technology Bombay haben eine neuartige Methode entwickelt, um Valley-Transistoren in zweidimensionalen Materialien unter Verwendung kurzer Lichtimpulse zu konstruieren, was uns der Realisierung praktischer rein optischer Quantentechnologien näher bringt.
Transistoren, wesentliche Bauteile in der Elektronik, steuern den Stromfluss und schalten ihn nach Bedarf ein und aus. Diese Ein-Aus-Zustände stellen die binären Einheiten oder Bits dar, die das Funktionieren herkömmlicher Computer ermöglichen. Die Nanotechnologie hat elektronische Geräte weiterentwickelt, indem sie miniaturisiert und ihre Leistung verbessert wurden. Graphen, ein atomar dünnes Material mit einer hexagonalen Kohlenstoffatomstruktur, ist ein führendes Beispiel für das Potenzial der Nanotechnologie.
Wissenschaftler haben andere von Graphen inspirierte zweidimensionale Materialien synthetisiert, die das Potenzial haben, aufkommende Quantentechnologien zu revolutionieren. Elektronen in diesen Materialien besitzen eine zusätzliche Eigenschaft namens Valley Pseudospin, die mit lokalen Energieminima verbunden ist. Diese Materialien weisen zwei Täler auf, die als binäre Einheiten betrachtet werden können, wie 0 und 1, und ihre Überlagerungen, die für Quantentechnologien entscheidend sind.
Diese Täler können genutzt werden, um Quanteninformationen bei Raumtemperatur zu kodieren, zu verarbeiten und zu speichern, was eine sichere Verschlüsselung und neuartige Berechnungsmethoden ermöglicht, die mit herkömmlichen Computern unmöglich sind. Darüber hinaus bieten Quantentechnologien Simulationswerkzeuge, die die Entwicklung innovativer Materialien und Arzneimittel erleichtern.
Die Realisierung von Valley-Transistoren bei Raumtemperatur ist für praktische Quantentechnologien unerlässlich. Ein Valley-Transistor ist ein Schalter, mit dem talselektive Operationen nach Bedarf zwischen Tälern umgeschaltet werden können. Kurze Valley-Lebensdauern stellen jedoch eine erhebliche Herausforderung für die Herstellung von Valley-Transistoren dar.
Eine aktuelle Veröffentlichung in Körperliche Überprüfung angewendet bietet eine Lösung für dieses Problem. Die Forscher Navdeep Rana und Gopal Dixit haben eine Methode entwickelt, um Valley-Transistoren in zweidimensionalen Materialien zu erzeugen, indem sie eine Reihe von drei kurzen Lichtimpulsen verwenden, um Valley-Operationen zu steuern.
Die Forscher zeigten, dass ihr Kontrollprotokoll robust und universell ist, indem sie einen Valley-Transistor sowohl in Graphen als auch in Molybdändisulfid, einem anderen zweidimensionalen Material, beobachteten.
Diese Arbeit geht über das aktuelle Valleytronics-Paradigma hinaus und führt die Möglichkeit ein, dass Valley-Transistoren mit Petahertz (PHz)-Raten arbeiten, was die heutigen Rechengeschwindigkeiten deutlich übertrifft.
Laut Prof. Gopal Dixit „könnten mit der Verfügbarkeit von Valley-Transistoren in 2D-Materialien miniaturisierte Quantencomputer, die wie gewöhnliche Computer bei Raumtemperatur arbeiten, in naher Zukunft Realität werden.“
Mehr Informationen:
Navdeep Rana et al, All-Optical Ultrafast Valley Switching in zweidimensionalen Materialien, Körperliche Überprüfung angewendet (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.034056
Bereitgestellt vom Indian Institute of Technology Bombay