Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont créé des grilles de minuscules amas d’atomes connus sous le nom de points quantiques et ont étudié ce qui se passe lorsque les électrons plongent dans ces archipels d’îles atomiques. La mesure du comportement des électrons dans ces configurations relativement simples promet des informations approfondies sur la façon dont les électrons se comportent dans des matériaux complexes du monde réel et pourrait aider les chercheurs à concevoir des dispositifs qui rendent possibles de puissants ordinateurs quantiques et d’autres technologies innovantes.
Dans un ouvrage publié dans Communication Nature, les chercheurs ont créé plusieurs grilles 3 par 3 de points quantiques espacés avec précision, chacun comprenant un à trois atomes de phosphore. Attachés aux grilles se trouvaient des fils électriques et d’autres composants qui permettaient aux électrons de les traverser. Les grilles offraient des terrains de jeu dans lesquels les électrons pouvaient se comporter dans des conditions presque idéales, semblables à celles des manuels, sans les effets de confusion des matériaux du monde réel.
Les chercheurs ont injecté des électrons dans les grilles et ont observé comment ils se comportaient lorsque les chercheurs faisaient varier des conditions telles que l’espacement entre les points. Pour les grilles dans lesquelles les points étaient proches, les électrons avaient tendance à se propager et à agir comme des ondes, existant essentiellement à plusieurs endroits à la fois. Lorsque les points étaient éloignés les uns des autres, ils étaient parfois piégés dans des points individuels, comme des électrons dans des matériaux aux propriétés isolantes.
Des versions avancées de la grille permettraient aux chercheurs d’étudier le comportement des électrons dans des environnements contrôlables avec un niveau de détail qu’il serait impossible pour les ordinateurs conventionnels les plus puissants du monde de simuler avec précision. Cela ouvrirait la porte à des « simulateurs quantiques analogiques » à part entière qui révéleraient les secrets de matériaux exotiques tels que les supraconducteurs à haute température. Il pourrait également fournir des conseils sur la façon de créer des matériaux, tels que des isolants topologiques, en contrôlant la géométrie du réseau de points quantiques.
Dans un travail connexe qui vient d’être publié dans ACS Nano, les mêmes chercheurs du NIST ont amélioré leur méthode de fabrication afin qu’ils puissent désormais créer de manière fiable un réseau de points identiques et également espacés avec exactement un atome chacun, conduisant à des environnements encore plus idéaux nécessaires pour un simulateur quantique parfaitement précis. Les chercheurs ont pour objectif de créer un tel simulateur avec une plus grande grille de points quantiques : un réseau de points quantiques 5×5 peut produire un comportement électronique riche qui est impossible à simuler même dans les supercalculateurs les plus avancés.
Plus d’information:
Xiqiao Wang et al, Réalisation expérimentale d’un modèle de Fermi-Hubbard étendu utilisant un réseau 2D de points quantiques à base de dopants, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-34220-w
Jonathan Wyrick et al, Enhanced Atomic Precision Fabrication by Adsorption of Phosphine into Engineered Dangling Bonds on H – Si Using STM and DFT, ACS Nano (2022). DOI : 10.1021/acsnano.2c08162