Forskare har nyligen upptäckt en ny klass av kvanttillstånd i grafen, ett genombrott som kan få betydande konsekvenser för kvantteknologi och materialvetenskap. Upptäckten gjordes genom att använda en teknik som kallas moiré-ingenjörskonst, där två eller flera lager av grafen vrids i specifika vinklar för att skapa interferensmönster som dramatiskt förändrar elektronernas beteende.
Huvudupptäckter
- Topologiska elektroniska kristaller: I en struktur bestående av vriden bilager–trilager grafen observerades ett nytt kvanttillstånd där elektroner bildar ett kristallint mönster men samtidigt kan transportera ström längs kanterna utan motstånd. Detta tillstånd kallas en topologisk elektronisk kristall och uppvisar egenskaper som bryter mot traditionella symmetrier, såsom translational och tidsreverseringssymmetri12.
- Kontrollerbarhet och stabilitet: Forskare kunde manipulera systemets topologiska egenskaper, såsom dess Chern-tal, genom att applicera elektriska och magnetiska fält. Detta ger en unik nivå av kontroll över elektronernas rörelse i momentumrum, vilket är avgörande för potentiella tillämpningar inom kvantdatorer1.
- Kvantisering av Hall-effekten: Det nya tillståndet visade en kvantiserad anomal Hall-effekt, vilket innebär att dess elektriska ledningsförmåga är exakt bestämd av topologiska invarianta egenskaper hos systemet1.
Teknologiska implikationer
- Kvantberäkning: Topologiska tillstånd är särskilt intressanta för kvantdatorer eftersom de är inneboende motståndskraftiga mot brus och miljöstörningar. Det föreslås att dessa tillstånd kan kombineras med supraledare för att skapa robusta qubits för topologisk kvantberäkning12.
- Valleytronik: Bilagergrafens unika bandgapsegenskaper gör det möjligt att använda ”valleys” som datalagringsenheter, vilket kan leda till snabbare och effektivare databehandling än traditionella tekniker3.
- Elektrontransport: Det nya tillståndet möjliggör icke-lokal transport och nya regler för elektronrörelse, vilket kan användas i framtida avancerade elektroniska enheter och kvantminnen4.
Utmaningar
Trots dessa framsteg kvarstår flera utmaningar:
- De observerade egenskaperna uppträder vid extremt låga temperaturer (cirka 10 millikelvin), vilket är opraktiskt för breda tillämpningar.
- Att integrera dessa system med befintliga supraledande material och skala upp dem för större enheter kräver ytterligare forskning och teknisk utveckling12.
Sammanfattning
Denna upptäckt av nya kvanttillstånd i vriden grafen utgör ett viktigt framsteg inom både grundforskning och tillämpad vetenskap. Genom att visa hur noggrant designade material kan inducera oväntade faser av materia, öppnar detta arbete dörrar för framtida innovationer inom kvantteknologi och avancerade material.
Citations:
- https://thequantuminsider.com/2025/02/10/twisted-graphene-reveals-new-topological-quantum-state-for-stability-and-control/
- https://science.ubc.ca/news/january-27-2025/new-research-uncovers-exotic-electron-crystal-graphene
- https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250109223303.htm
- https://phys.org/news/2025-01-electrons-graphene-fractional-quantum-hall.html
- https://news.mit.edu/2025/physicists-measure-key-aspect-superconductivity-magic-angle-graphene-0205
- https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250122145812.htm
- https://www.realclearscience.com/2025/02/10/scientists_discover_new_class_of_quantum_states_in_graphene_1090240.html
- https://www.yahoo.com/news/scientists-discover-class-quantum-states-113229446.html
- https://phys.org/news/2025-02-scientists-electrical-sequence-bilayer-graphene.html
- https://physicsworld.com/a/new-class-of-quasiparticle-appears-in-bilayer-graphene/
- https://www.sciencealert.com/scientists-discover-new-class-of-quantum-states-in-graphene
- https://phys.org/news/2025-01-discovery-class-particles-quantum-mechanics.html
- https://www.iasgyan.in/daily-current-affairs/new-class-of-quantum-states-in-graphene
- https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250108143720.htm
- https://www.gadgets360.com/science/news/graphene-breakthrough-reveals-topological-quantum-states-for-quantum-computing-7541238
About the Author
