Naukowcy odkrywają płaskie pasma energetyczne, otwierając nowe możliwości w technologii kwantowej.

WarsawBadacze z Uniwersytetu Rice odkryli, że mogą istnieć płaskie pasma elektronowe na poziomie Fermiego. To odkrycie może przyczynić się do poprawy technologii obliczeń kwantowych i urządzeń elektronicznych. Ich badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Communications 19 czerwca.

Materiały kwantowe opierają się na zasadach mechaniki kwantowej. W tych materiałach elektrony posiadają określone poziomy energii, a najwyższy z nich to poziom Fermiego. Elektrony odpychają się wzajemnie, a ich ruchy są ze sobą powiązane. Zespół pod kierownictwem Qimiao Si odkrył, że te interakcje mogą prowadzić do powstania nowych płaskich poziomów energetycznych na poziomie Fermiego, co sprawia, że stają się one bardziej istotne.

„Większość płaskich pasm znajduje się daleko od energii Fermiego, co ogranicza ich wpływ na właściwości materiału” - powiedział Si. Zwykle energia cząstki zmienia się wraz z jej pędem. W mechanice kwantowej, elektrony mogą wykazywać interferencję kwantową, co pozwala utrzymać ich energię stałą nawet przy zmianie pędu. Takie zjawiska nazywane są płaskimi pasmami.

Płaskie pasma elektroniczne zwiększają oddziaływania między elektronami, co może prowadzić do powstania nowych stanów kwantowych i charakterystycznych zachowań przy niskiej energii. Takie pasma są szczególnie istotne w materiałach zawierających d-elektrony, które są jonami metali przejściowych. Te materiały charakteryzują się unikalnymi strukturami krystalicznymi i wyjątkowymi właściwościami.

Zobacz również:

Dzisiaj · 07:29

Rewolucja AR: okulary przyszłości do różnych zastosowań

Odkrycia zespołu sugerują:

• Nowe metody projektowania materiałów z elektronami d
• Możliwości zastosowania jako kubity w technologii kwantowej
• Zastosowania w spintronice

Badacze odkryli, że interakcje między elektronami mogą łączyć stany spoczynkowe i ruchome elektronów. Zilustrowali to za pomocą modelu teoretycznego. Te interakcje mogą powodować nowy rodzaj efektu Kondo, gdzie cząstki w spoczynku zyskują zdolność poruszania się poprzez oddziaływanie z poruszającymi się elektronami na poziomie Fermiego.

Materiały anyonowe mogą być przydatne jako kwantowe bity (kubity). Materiały zawierające fermiony Weyla mogą znaleźć zastosowanie w elektronice opartej na spinie. Te materiały mogą dobrze reagować na zewnętrzne sygnały i umożliwiać zaawansowane sterowanie kwantowe.

Do współtwórców tych badań należą:

• Fang Xie i Shouvik Sur, doktoranci na Rice University zajmujący się fizyką i astronomią
• Haoyu Hu, absolwent Rice i naukowiec w Donostia International Physics Center
• Silke Paschen, fizyk z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu
• Jennifer Cano, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Stony Brook oraz Instytutu Flatiron