Исследователи Колумбийского университета сообщили, что они наблюдали квантовые жидкости, известной как дробный квантовые состояния Холла (FQHS), одна из самых деликатных этапов материи, впервые в монослое 2Д полупроводника. Их результаты демонстрируют отличное внутреннее качество 2Д полупроводников и установить их в качестве уникального тестовую платформу для дальнейшего применения в квантовых вычислениях. Исследование было опубликовано он-лайн сегодня в природе нанотехнологий.
«Мы были очень удивлены, чтобы наблюдать это состояние в 2D-полупроводниках, потому что это в целом предполагается, что они слишком грязные и беспорядочные, чтобы провести это действие», — говорит Кори декан, профессор физики в Колумбийском университете. «Кроме того, FQHS последовательности в нашем эксперименте обнаруживаются неожиданные и интересные новые поведения, которые мы никогда не видели прежде, и в самом деле предполагает, что 2D полупроводников близка к идеальной платформы для дальнейшего изучения FQHS.»
Дробный квантовые состояния Холла-это коллективное явление, которое происходит, когда исследователи ограничивают электроны переходят в тонкий двумерной плоскости, и их большие магнитные поля. Впервые обнаружен в 1982 году, дробный квантовый эффект Холла был изучен на протяжении более 40 лет, однако многие фундаментальные вопросы до сих пор остаются. Одной из причин этого является то, что государство является очень хрупким и появляется только в экологически чистых материалов.
«Поэтому наблюдение за FQHS часто рассматривается как важная веха для 2D материал, который достигли лишь самые чистые электронных систем», — отмечает Джим отточить, Ван Фонг-Джен, профессор машиностроения в Колумбийском университете машиностроения.
В то время как графен является самым известным 2D материал, большая группа аналогичных материалов были выявлены за последние 10 лет, каждый из которых может быть вспученный вниз в один слой толщиной. Один класс этих материалов дихалькогенидов переходных металлов (ТМД), такие как WSe2, материал, используемый в этом новом исследовании. Как и графен, они могут быть очищены, чтобы быть атомарно тонкий, но, в отличие от графена, их свойства под влиянием магнитного поля гораздо проще. Проблема была в том, что кристалл качество экрана не очень хорошее.
«С тех пор, ТМД вышли на сцену, это всегда воспринимается как грязный материал с большим количеством дефектов», — говорит Хон, которого группа добилась значительного улучшения качества экрана, толкает к качеству рядом с графена — часто считается высшим стандартом чистоты среди 2D материалы.
В дополнение к качеству проб, исследований полупроводниковых 2D материалы препятствуют трудности, чтобы сделать хороший электрический контакт. Для решения этой проблемы исследователи из Колумбийского также разрабатывает возможность измерения электронных свойств по емкости, нежели обычные методы протекающего тока и измерения сопротивления. Основным преимуществом этой техники является то, что измерения менее чувствительны плохого электрического контакта и примесей в материале. Измерения этого нового исследования были проведены под очень большие магнитные поля — которые помогают стабилизировать FQHS — на Национальном высоком магнитном поле лаборатории.
«Дробные числа, которые характеризуют FQHS мы наблюдали — соотношения частиц по номеру магнитный поток — следовать очень простой последовательности», — говорит Сяньхуэй Ши, первый автор статьи и научный сотрудник по инициативе колумбийского нано. «Простая последовательность согласуется с общим теоретическим ожиданиям, но все предыдущие системы показывают более сложные и нерегулярные поведение. Это говорит нам, что мы в итоге имеем почти идеальную платформу для изучения FQHS, где эксперименты могут быть непосредственно по сравнению с простыми моделями».
Среди дробных чисел, один из них имеет даже знаменателю. «Наблюдая за дробный квантовый эффект Холла был сам по себе удивительно, видя даже знаменателя государства в этих устройствах было по-настоящему удивительно, так как ранее это состояние наблюдалось только в лучших из лучших», — говорит Дин.
Частичная государств даже знаменателями было уделено особое внимание с момента их первого открытия в конце 1980-х годов, поскольку они, как полагают, представляют собой новый вид частиц, с квантового свойства отличаются от любых других известных частиц во Вселенной. «Уникальные свойства этих экзотических частиц», — отмечает Златко папик, адъюнкт-профессор теоретической физики в Университете Лидса «могут быть использованы для разработки квантовых компьютеров, которые защищены от многих источников ошибок.»
До сих пор было ограниченным из-за их повышенной чувствительности и крайне малое количество материалов, в которых это состояние может быть найден экспериментальным усилия, чтобы понять и использовать даже государств знаменателю. «Это делает обнаружение даже государственные знаменатель в новом … и разных-материал платформы, на самом деле очень интересно», — добавляет Дин.
Две лаборатории Университета Колумбии — лаборатории декан и отточить группа работала в сотрудничестве с НИМС Японии, которая предоставила некоторые материалы, и папик, группа которого выполнено численное моделирование экспериментов. Колумбийского лаборатории являются частью университета материаловедения Научно-Инженерного центра. Этот проект также используется в чистых помещениях по инициативе колумбийского нано и Городского колледжа. Измерения при больших магнитных полях были сделаны в Национальной лаборатории высокого магнитного поля, пользователь объекта, финансируемого Национальным научным фондом со штаб-квартирой в Университете штата Флорида в Таллахасси, Флорида.
Теперь, когда исследователи имеют очень чистым 2D и полупроводников, а также эффективной зонд, они изучают другие интересные государства, которые выходят из этих 2D платформы.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!