Il grafene come possibile materiale quantistico per i computer
Uno dei fenomeni più interessanti nel campo della fisica della materia condensata riguarda l’effetto di Hall quantistico frazionario, uno stato elettronico esotico con fasi che sembrano avere le giuste proprietà per la costruzione di un computer quantistico topologico. Si tratta di una proprietà di uno stato collettivo in cui gli elettroni si legano alle linee di flusso magnetico per generare nuove quasiparticelle, e le eccitazioni vantano una carica elementare frazionaria e verosimilmente anche statistiche frazionarie. Recenti studi hanno riportato l’esistenza di prove relative all’effetto di Hall quantistico frazionario nel grafene, il quale risulta essere quindi adatto per la creazione di veloci dispositivi informatici quantistici. Il grafene è un materiale 2D straordinario, il quale dimostra avere particolari e sorprendenti effetti a molti corpi derivanti dalle forti interazioni tra elettroni. Spinti dal suo potenziale in relazione a future tecnologie elettroniche, gli scienziati hanno avviato il progetto EXOTICPHASES4QIT (Exotic quantum phases in graphene and other modern nanomaterials - Physical foundation for quantum information technology). Il team ha implementato potenti metodi computazionali per modellizzare la struttura degli elettroni e degli effetti a molti corpi in relazione a grafene nano-strutturato con forma e bordi specifici. Lo scopo era quello di studiare l’emergere di fasi relative a elettronici esotici. Gli scienziati hanno inoltre condotto studi comparativi dell’effetto di Hall quantistico frazionario nel grafene e nei semiconduttori convenzionali. I risultati offrono una visione più ampia circa le proprietà magnetiche delle nanostrutture in grafene a molti elettroni e rivelano il ruolo della degenerazione relativa allo pseudospin e diversi pseudopotenziali di interazione nei semiconduttori. Gli scienziati hanno inoltre sviluppato un modello per descrivere spin e pseudospin in sistemi quantistici di Hall frazionari. Questi hanno incluso fermioni compositi (stati legati di elettroni e vortici di molti elettroni), i quali trasportano cariche frazionarie e hanno dimostrato di avere una statistica quantistica non-abeliana. Il modello ha inoltre permesso agli scienziati di arricchire la comprensione circa l’incomprimibilità dei diversi stati di Hall quantistici per i fattori di riempimento 3/8 e 4/11. Il progetto EXOTICPHASES4QIT ha prodotto 15 pubblicazioni su riviste internazionali ad alto impatto e 7 inviti presso conferenze.
Parole chiave
Grafene, computer quantistici, stati esotici, effetto di Hall quantistico frazionario, effetti a molti corpi
