Graphen als mögliches Quantenmaterial für Computer
Eines der faszinierendsten Phänomene in der Physik kondensierter Materie ist der fraktionierte Quanten-Hall-Effekt, ein exotischer elektronischer Zustand, dessen Phasen die richtigen Eigenschaften für den Bau eines typologischen Quantencomputers zu haben scheinen. Es ist eine Eigenschaft eines kollektiven Zustands, in dem Elektronen magnetische Flusslinien binden, um neue Quasiteilchen zu bilden, und Anregungen eine gebrochene Elementarladung und möglicherweise auch fraktionelle Statistiken aufweisen. Jüngste Studien haben Hinweise auf einen fraktionierten Quanten-Hall-Effekt in Graphen geliefert, was es für schnelle Quanten-Computing-Geräte geeignet macht. Graphen ist ein außergewöhnliches 2D-Material mit einzigartigen und überraschenden Vielteilcheneffekten ausstellenden aus starken Elektron-Wechselwirkungen. Angespornt von diesem Potenzial für zukünftige elektronische Technologien initiierten Wissenschaftler das Projekt EXOTICPHASES4QIT (Exotic quantum phases in graphene and other modern nanomaterials - Physical foundation for quantum information technology). Das Team implementierte leistungsstarke Rechenmethoden, um die elektronische Struktur und Vielteilcheneffekte in nanostrukturiertem Graphen von besonderer Form und Art der Kante zu modellieren. Ziel war es, die Entstehung von exotischen elektronischen Phasen zu untersuchen. Die Wissenschaftler führten auch vergleichende Studien des fraktionierten Quanten-Hall-Effekts in Graphen und konventionellen Halbleitern durch. Die Ergebnisse liefern weitere Einblicke in die magnetischen Eigenschaften von Vielelektronen-Graphen-Nanostrukturen und beleuchten die Rolle der Pseudospan-Degeneration und von unterschiedlichen Interaktionspseudopotentialen in Halbleitern. Die Wissenschaftler entwickelten auch ein Modell, um Spin und Pseudospins in fraktionierten Quanten-Hall-Systemen zu beschreiben. Dazu gehörten Verbund-Fermionen - gebundene Zustände von Elektronen und Vielelektronen-Wirbel -, die fraktionierte Ladungen trugen und nichtabelsche Quantenstatistiken aufwiesen. Das Modell ermöglichte es den Wissenschaftlern auch, die Inkompressibilität von mehreren fraktionierten Quanten-Hall-Zuständen für Füllungsfaktoren 3/8 und 4/11 besser zu verstehen. EXOTICPHASES4QIT führte zu 15 Veröffentlichungen in angesehenen internationalen Zeitschriften und 7 Einladungen für Konferenzvorträge.
Schlüsselbegriffe
Graphen, Quantencomputer, exotische Zustände, fraktionierter Quanten-Hall-Effekt, Vielteilcheneffekte
