Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали сетки из крошечных скоплений атомов, известных как квантовые точки, и изучили, что происходит, когда электроны погружаются в эти архипелаги атомных островов. Измерение поведения электронов в этих относительно простых установках обещает глубокое понимание того, как электроны ведут себя в сложных реальных материалах, и может помочь исследователям создавать устройства, которые делают возможными мощные квантовые компьютеры и другие инновационные технологии.
В работе, опубликованной в Сообщения о природе, исследователи создали несколько сеток размером 3 на 3 из точно расположенных квантовых точек, каждая из которых содержит от одного до трех атомов фосфора. К сеткам были прикреплены электрические провода и другие компоненты, которые позволяли электронам проходить через них. Решетки обеспечивали игровые поля, в которых электроны могли вести себя почти в идеальных, похожих на учебники условиях, свободных от мешающих эффектов реальных материалов.
Исследователи вводили электроны в сетки и наблюдали, как они вели себя, когда исследователи меняли условия, такие как расстояние между точками. Для сеток, в которых точки были расположены близко друг к другу, электроны имели тенденцию распространяться и действовать как волны, по существу существуя в нескольких местах одновременно. Когда точки находились далеко друг от друга, они иногда попадали в ловушку отдельных точек, подобно электронам в материалах с изолирующими свойствами.
Усовершенствованные версии сетки позволили бы исследователям изучать поведение электронов в контролируемых средах с таким уровнем детализации, который был бы невозможен для точного моделирования самыми мощными обычными компьютерами в мире. Это открыло бы дверь для полноценных "аналоговых квантовых симуляторов", которые раскрывают секреты экзотических материалов, таких как высокотемпературные сверхпроводники. Это также могло бы дать подсказки о том, как создавать материалы, такие как топологические изоляторы, управляя геометрией массива квантовых точек.
В соответствующей работе, только что опубликованной в ACS Nano, те же исследователи NIST усовершенствовали свой метод изготовления, так что теперь они могут надежно создавать массив идентичных, равномерно расположенных точек с ровно одним атомом в каждой, что приводит к еще более идеальным условиям, необходимым для полностью точного квантового симулятора. Исследователи нацелились на создание такого симулятора с более крупной сеткой квантовых точек: массив точек размером 5х5 может обеспечить насыщенное поведение электронов, которое невозможно смоделировать даже на самых продвинутых суперкомпьютерах.
Комментарии