Прежде чем перейти к статье, хочу вам представить, экономическую онлайн игру Brave Knights, в которой вы можете играть и зарабатывать. Регистируйтесь, играйте и зарабатывайте!
Ученые из Массачусетского технологического института совершили открытие, достойное романов Джоан Роулинг. Они превратили материал, состоящий из сверхтонкого слоя углерода, в три функционирующих электронных устройства. Обычно подобные устройства создаются с применением большего количества материалов, которые требуют дополнительной многоэтапной подготовки. Изобретение специалистов из МТИ решает эту проблему.
Результат работы ученых из Массачусетса может стать основой для создания нового поколения квантовых электронных устройств, способных проводить электричество без сопротивления. Результаты исследования были опубликованы 3 мая в журнале Nature Technology.
«В своем исследовании мы продемонстрировали работу графена толщиной в два атомных слоя, повернутых друг к другу под углом в 1.1°. Графен оказался наиболее универсальным среди всех сверхпроводящих материалов. Благодаря ему нам удалось на базе одной платформы создать сразу несколько электронных устройств. Это позволило нам подробнее изучить свойства сверхпроводимости, которые можно обнаружить только в двух измерениях», – сообщает Пабло Джарилло-Херреро, профессор физики Массачусетского технологического института.
Под особым углом
Новый волшебный материал создан на основе графена. Графен состоит из одного слоя атомов углерода, по виду напоминающего структуру пчелиных сот.
Графен обнаружили всего около 17 лет назад. Материал обладает массой интересных свойств! К примеру, он прозрачный, гибкий и более прочный, чем алмаз. А еще он проводит тепло и электричество лучше большинства других материалов.
В 2018 году команда Джарилло-Херреро сделала невероятное открытие, расположив два слоя графена друг над другом и слегка изменив угол (тот самый волшебный 1.1°) одного из них. Полученная «система» позволила превращать графен как в сверхпроводник, так и в изолятор. Состояние материала зависит от количества электронов в электрическом поле, воздействующем на графен. Фактически ученые получили возможность «настраивать» графен, кардинально меняя его состояние с помощью увеличения или уменьшения подаваемого напряжения. Полученный материал с длинным названием magic-angle twisted bilayer graphene (MATBG) заинтересовал научное сообщество всего мира.
В 2018 году ученые меняли напряжение, подаваемое на графен, с помощью одного электрода. По словам Дэниела Родана-Легрэйна, аспиранта МТИ, участвовавшего в исследовании, они установили несколько электродов в разных участках материала, чтобы сгенерировать различные электрические поля.
Команда ученых обнаружила, что может «настраивать» различные участки графена и менять степень их проводимости от нулевой до максимальной. Затем, задействовав несколько электродов, физики смогли воспроизвести из графена компоненты электронной платы, для создания которой обычно используются иные материалы.
Оно работает
Физики превратили свою находку в три рабочих квантовых электронных устройства.
Первое — сверхпроводящий переключатель. Это набор строительных блоков, из которых состоят квантовые биты, а они, в свою очередь, лежат в основе квантовых компьютеров. У них есть и другие применения, например, их используют в качестве сверхточных устройств для измерения характеристик магнитного поля. Второе — туннельный спектроскоп, который поможет лучше изучить сверхпроводимость. А третье — одноэлектронный транзистор, то есть очень чувствительный прибор для управления электрическими потоками с точностью до одного электрона.
Все три устройства хороши в первую очередь тем, что сделаны из одного легко адаптируемого под нужды ученых материала. Когда что-то подобное создается более традиционным путем, возникает масса сложностей. Использование различных материалов при создании одного устройства может привести к несовместимости компонентов. Родан-Легрэйн отмечает, что благодаря графену проблема несовместимости уходит в прошлое.
«MATBG позволяет легко менять конфигурацию устройства, подавая различное напряжение на разные участки материала. Не нужно создавать разные компоненты и собирать из них необходимый прибор», – сообщает Уильям Оливер, доцент кафедры электротехники и информатики МТИ.
Что дальше?
Работа, опубликованная в журнале Nature Technology, открывает новые возможности для ученых. Например, из графена можно сделать настраиваемый кубит, который в дальнейшем можно будет использовать при разработке квантовых компьютеров.
Также специалисты надеются, что свойства MATBG помогут лучше изучить физику сверхпроводимости и в будущем разработать сверхпроводник, который сможет функционировать при более высоких температурах внешней среды, нежели нынешние.
«Мы очень надеемся, что наше открытие станет своего рода Розеттским камнем и поможет лучше изучить «родственников» сверхпроводников, способных переносить более высокие температуры», — сообщает Родан-Легрэйн.
