Atrapar y controlar electrones en puntos cuánticos de grafeno bicapa produce una plataforma prometedora para las tecnologías de la información cuántica. Los investigadores de UC Santa Cruz ahora han logrado la primera visualización directa de puntos cuánticos en grafeno bicapa, revelando la forma de la función de onda cuántica de los electrones atrapados.

Los resultados, publicado el 23 de noviembre en Nano letras , proporcionar importantes conocimientos fundamentales necesarios para desarrollar tecnologías de información cuántica basadas en puntos cuánticos de grafeno bicapa.

"Se ha trabajado mucho para desarrollar este sistema para la ciencia de la información cuántica, pero nos ha faltado una comprensión de cómo se ven los electrones en estos puntos cuánticos, "dijo el autor correspondiente Jairo Velasco Jr., profesor asistente de física en UC Santa Cruz.

Mientras que las tecnologías digitales convencionales codifican la información en bits representados como 0 o 1, un poco cuántico, o qubit, puede representar ambos estados al mismo tiempo debido a la superposición cuántica. En teoria, Las tecnologías basadas en qubits permitirán un aumento masivo de la velocidad y la capacidad de cómputo para ciertos tipos de cálculos.

Una variedad de sistemas, a base de materiales que van desde el diamante hasta el arseniuro de galio, se están explorando como plataformas para crear y manipular qubits. Grafeno bicapa (dos capas de grafeno, que es una disposición bidimensional de átomos de carbono en una red en forma de panal) es un material atractivo porque es fácil de producir y trabajar, y los puntos cuánticos en el grafeno bicapa tienen propiedades deseables.

“Estos puntos cuánticos son una plataforma emergente y prometedora para la tecnología de la información cuántica debido a su decoherencia de espín suprimida, grados cuánticos controlables de libertad, y sintonía con voltajes de control externos, "Dijo Velasco.

Comprender la naturaleza de la función de onda de puntos cuánticos en el grafeno bicapa es importante porque esta propiedad básica determina varias características relevantes para el procesamiento de información cuántica. como el espectro de energía de electrones, las interacciones entre electrones, y el acoplamiento de electrones a su entorno.

El equipo de Velasco utilizó un método que había desarrollado previamente para crear puntos cuánticos en grafeno monocapa utilizando un microscopio de efecto túnel (STM). Con el grafeno descansando sobre un cristal de nitruro de boro hexagonal aislante, un gran voltaje aplicado con la punta del STM crea cargas en el nitruro de boro que sirven para confinar electrostáticamente los electrones en el grafeno bicapa.

"El campo eléctrico crea un corral, como una cerca eléctrica invisible, que atrapa los electrones en el punto cuántico, Velasco explicó.

Luego, los investigadores utilizaron el microscopio de barrido de túnel para obtener imágenes de los estados electrónicos dentro y fuera del corral. En contraste con las predicciones teóricas, las imágenes resultantes mostraron una simetría rotacional rota, con tres picos en lugar de los anillos concéntricos esperados.

"Vemos anillos circularmente simétricos en grafeno monocapa, pero en el grafeno bicapa, los estados de puntos cuánticos tienen una simetría triple, "Dijo Velasco." Los picos representan sitios de gran amplitud en la función de onda. Los electrones tienen una naturaleza de partícula de onda dual, y estamos visualizando las propiedades de onda del electrón en el punto cuántico ".

Este trabajo proporciona información crucial, como el espectro de energía de los electrones, necesario para desarrollar dispositivos cuánticos basados ​​en este sistema. "Está avanzando en la comprensión fundamental del sistema y su potencial para las tecnologías de la información cuántica, "Dijo Velasco." Es una pieza faltante del rompecabezas, y junto con el trabajo de otros, Creo que estamos avanzando para hacer de este un sistema útil ".