石墨烯量子点中几乎完美的粒子孔对称性
发布时间：2023-05-12 10:57:02 所属栏目：外闻 来源：
导读：在双层石墨烯中发现了双量子点的重要特征，亚琛工业大学和 Forschungszentrum Jülich的研究人员就发现了双量子点，这是一种在量子技术中可能应用的越来越有前途的材料。该团队展示了石墨烯量子点中近乎完美的粒
|
在双层石墨烯中发现了双量子点的重要特征，亚琛工业大学和 Forschungszentrum Jülich的研究人员就发现了双量子点，这是一种在量子技术中可能应用的越来越有前途的材料。该团队展示了石墨烯量子点中近乎完美的粒子-孔对称性，这可能会导致更高效的量子信息处理。 双量子点已在标准半导体平台（如砷化镓、硅或硅锗）中得到广泛研究，因为它们为编码量子信息提供了方便的固态平台。 亚琛工业大学的二维材料和量子器件小组现已表明，双层石墨烯中的双量子点比其他材料具有更多优势：它们允许实现具有近乎完美的粒子对称性的系统，其中传输通过 具有相反量子数的单个电子-空穴对的产生和湮灭。这导致了强大的选择规则，可用于自旋和库量子位的高保真读出方案。 1931年，英国物理学家狄拉克发表论文，预言“反电子”的存在。这种反粒子的质量与电子相同，但电荷和自旋相反，粒子-反粒子对会在相互作用时湮灭。反电子的存在— —最终被命名为正电子— —在一年后通过实验得到证明。这是第一次出现反粒子。 反粒子的概念在凝聚态物理学中起着核心作用，其中反粒子通常被称为空穴。例如，粒子态和空穴态之间存在（或不存在）对称性对于表征凝聚态系统中的拓扑非常重要。然而，很少有人期望半导体中存在粒子-空穴系统的对称性。其中一个明显的另外特征是在相对低反应能量极限下生长的有间隙的双层石墨烯。 “双层石墨烯是一种非常独特的半导体，”亚琛工业大学实验物理学教授、该论文的通讯作者 Christoph Stampfer 解释说。“它与单层石墨烯有几个共同的特性，例如低自旋轨道耦合和电子空穴完美对称的低能谱。这使得它对量子技术非常有趣。此外，它的带隙可以通过外部电场从零调谐到大约 120 毫电子伏特。” 带隙允许使用与硅中使用的非常相似的栅极几何形状在双层石墨烯中创建量子点。然而，由于间隙尺寸小，这些量子点可以是双极性的，这意味着它们可以捕获电子和空穴，具体取决于施加在栅极上的电压。利用这一特性和在双层石墨烯器件中实现的精细静电控制水平，Stampfer 及其同事创造了电子-空穴双量子点，其中每个点最多容纳一个电子或一个空穴。在这样的系统中，只有当具有相反量子数的电子空穴对可以连续产生或湮灭时，才会发生电传输。 这个事实有两个显着的后果。首先，通过仔细分析通过系统的电流，作者能够首次通过实验证明双层石墨烯中电子和空穴态之间的对称性。他们表明，即使电子和空穴在物理上被分离到不同的量子点中，对称性也几乎完美保留。其次，他们揭示了这种对称性会在通过系统的传输中产生强大而稳健的封锁机制，这可以为自旋和谷量子位提供可靠的读出方案。 “这超出了传统半导体或任何其他二维电子系统所能做到的，”亚琛工业大学 JARA 量子信息研究所的 Fabian Hassler 教授说，他也是该论文的合著者。“我们在工作中观察到的近乎完美的对称性以及由此对称性产生的强大选择规则不仅对量子位操作非常有吸引力，而且对实现单粒子太赫兹探测器也很有吸引力。此外，将双层石墨烯量子点与超导体耦合将会很有趣——电子-空穴对称性在这两个系统中起着重要作用。这些混合设备可用于创建纠缠粒子对或工程拓扑系统的有效来源，从而使我们进一步实现拓扑量子计算设备。”以及更广泛的应用。”他说。“我们的研究结果表明，我们的方法可以用于制造具有不同性质的量子系统，并且可以在不同的系统中使用。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
站长推荐
