La realización experimental del grafeno ultrafino, que le valió a dos científicos de Cambridge el Premio Nobel de Física en 2010, ha marcado el comienzo de una nueva era en la investigación de materiales.

Lo que comenzó con el grafeno ha evolucionado para incluir numerosos materiales relacionados con un solo átomo de espesor, que tienen propiedades inusuales debido a su ultradelgadez. Entre ellos se encuentran los dicalcogenuros de metales de transición (TMD), materiales que ofrecen varias características clave que no están disponibles en el grafeno y están emergiendo como semiconductores de próxima generación.

Los TMD podrían lograr la superconductividad topológica y, por lo tanto, proporcionar una plataforma para la computación cuántica, el objetivo final de un grupo de investigación de Cornell dirigido por Eun-Ah Kim. profesor asociado de física.

"Nuestra propuesta es muy realista, por eso es emocionante, Kim dijo sobre la investigación de su grupo:"Tenemos una estrategia teórica para materializar un superconductor topológico ... y eso será un paso hacia la construcción de una computadora cuántica". La historia de la superconductividad durante los últimos 100 años ha sido liderada por descubrimientos accidentales. Tenemos una propuesta que se basa en principios firmes.

"En lugar de esperar un nuevo material que tenga las propiedades que desea, " ella dijo, "Vamos a buscarlo con perspicacia y principio de diseño".

Yi-Ting Hsu, estudiante de doctorado en el Grupo Kim, es el autor principal de "Superconductividad topológica en dicalcogenuros de metales de transición monocapa, "publicado el 11 de abril en Comunicaciones de la naturaleza . Otros miembros del equipo incluyen al ex alumno de Kim Group, Mark Fischer, ahora en ETH Zurich en Suiza, y Abolhassan Vaezi, ahora en la Universidad de Stanford.

La propuesta del grupo:las propiedades inusuales de los TMD favorecen dos estados superconductores topológicos, cuales, si se confirma experimentalmente, abrirá posibilidades para manipular superconductores topológicos a temperaturas cercanas al cero absoluto.

Kim identificó los TMD de una sola capa dopados con agujeros (con carga positiva mejorada) como un candidato prometedor para la superconductividad topológica, basado en el bloqueo especial conocido entre el estado de espín y la energía cinética de los electrones (bloqueo del valle de espín) de los TMD de una sola capa, así como las observaciones recientes de superconductividad en TMD de una sola capa dopados con electrones (mejorados con carga negativa).

El objetivo del grupo es un superconductor que opere a alrededor de 1 grado Kelvin (aproximadamente menos 457 Fahrenheit), que podría enfriarse con helio líquido lo suficiente para mantener el potencial de la computación cuántica en un estado superconductor.

Teóricamente albergar una computadora cuántica lo suficientemente potente como para justificar la potencia necesaria para mantener el superconductor a 1 grado Kelvin no está fuera de discusión, Dijo Kim. De hecho, IBM ya tiene una computadora de 7 qubit (bits cuánticos), que opera a menos de 1 Kelvin, disponible para el público a través de su IBM Quantum Experience.

Una computadora cuántica con aproximadamente seis veces más qubits cambiaría fundamentalmente la computación, Dijo Kim.

"Si llegas a 40 qubits, que la potencia informática superará a las computadoras clásicas que existen, ", dijo." Y albergar una [computadora cuántica] de 40 qubit a temperatura criogénica no es gran cosa. Será una revolución ".

Kim y su grupo están trabajando con Debdeep Jena y Grace Xing de ingeniería eléctrica e informática, y Katja Nowack de física, a través de una subvención inicial de un grupo de investigación interdisciplinario del Centro de Investigación de Materiales de Cornell. Cada grupo reúne a investigadores de diferentes departamentos, con el apoyo de la universidad y del programa de Centros de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la National Science Foundation.

"Estamos combinando la experiencia en ingeniería de DJ y Grace, y la experiencia que Katja tiene en sistemas mesoscópicos y superconductores, ", Dijo Kim." Se requiere una experiencia diferente para unirse para lograr esto, y CCMR lo permite ".