Исследователи разработали ультратонкие нанополоски германия для использования в квантовых вычислениях

Международная команда исследователей разработала нанополоски из германия толщиной в один атом и изучила их уникальные квантовые характеристики. Выводы этого исследования открывают перспективы для применения в квантовых вычислениях и создании экономичной электроники.

Учёные исследовали, как изменяются свойства двумерных топологических изоляторов при уменьшении их размеров. Эти материалы обладают уникальными свойствами: они являются изоляторами во внутренних областях, но обеспечивают проводимость по своим краям без сопротивления электротоку.

Как объясняет исследователь Пантелис Бампулис: «В стремлении создавать всё более компактные и оптимизированные устройства, мы столкнулись с рядом важных вопросов. Например, до какого минимального размера могли бы сохраняться двумерные свойства топологических материалов, и какие изменения происходят при уменьшении размеров?»

Для поиска ответов учёные разработали нанополоски из атомарно тонкого слоя германия. «Мы создали структуры, имеющие всего несколько нанометров в ширину и сотни нанометров в длину, – отмечает ведущий автор работы Деннис Клаассен. – Исследование как с теоретической, так и с экспериментальной точки зрения показало, как изменяются топологические краевые состояния при уменьшении ширины полосок».

Учёные обнаружили, что эти нанополоски сохраняют свои топологические краевые свойства до тех пор, пока их ширина не уменьшится до критического значения в два нанометра. При дальнейшем уменьшении ширины происходит трансформация: краевые состояния исчезают, уступая место новым квантовым состояниям на концах нанополосок. Эти состояния защищены фундаментальными симметриями и указывают на формирование одномерного топологического изолятора.

Важным открытием стало то, что выявленные состояния крайне устойчивы к дефектам и локальным примесям, что делает их идеальными для применения в квантовых технологиях, например, в разработке квантовых вычислительных систем, устойчивых к ошибкам.

«Примечательно, что эти состояния напоминают теоретически предсказанные частицы, известные как Майораны, которые долгое время были в центре внимания физиков, – комментирует Бампулис. – Хотя наше исследование напрямую не затрагивало моды Майораны, оно предоставляет основу для изучения подобных феноменов в одномерных материалах с выраженным спин-орбитальным взаимодействием».

Разработанная методика также открывает возможность создания плотных массивов топологических краевых состояний, по которым ток может протекать без рассеяния, что является важным условием для создания энергоэффективной электроники будущего.

Источник: iXBT