Prace nad stworzeniem urządzenia wykorzystującego fazy kwantowe Grupa młodych naukowców w Holandii pracuje nad wykorzystaniem kontrolowanego przejścia faz kwantowych w urządzeniach elektronicznych. Badania podstawowe © BAIVECTOR, Shutterstock Nadprzewodnictwo, ferromagnetyzm, oraz fale gęstości ładunków to stany kwantowe, które mogą zwiększyć funkcjonalność urządzeń elektronicznych. Do kontrolowania tych stanów potrzebne są jednak specjalne tranzystory. Tego typu urządzenia zostały opracowane już jakiś czas temu, ale nie były one zbyt wydajne, ponieważ opierały się na elektrochemii. Dlatego też prace nad nimi zostały wstrzymane na etapie fazy demonstracyjnej i z czasem o nich zapomniano. Jednak zdaniem Justina Ye, badacza z Uniwersytetu w Groningen w Holandii, te projekty mogą być kluczem do stworzenia tranzystorów kwantowych. Ye mógł podjąć prace nad wprowadzeniem zmian w projektach tranzystorów w ramach finansowanego ze środków UE projektu Ig-QPD (Ion-gated Interfaces for Quantum Phase Devices). „Kolejność prac w tym projekcie została w pewnym sensie zmieniona”, mówi uczony. „Bazowaliśmy na pierwotnym projekcie tranzystora opartego na elektrochemii i poprzez eksperymenty z tzw. bramkowaniem jonowym pokazaliśmy, jak można przekształcić go w nadprzewodnik”. Prace doprowadziły do opracowania najnowocześniejszej technologii umożliwiającej wzbudzenie i kontrolowanie stanu kwantowego za pomocą efektu polowego. Naukowcy poszli o krok dalej i zastosowali kontrolowane fazy kwantowe, aby nadać urządzeniom elektronicznym nowe właściwości. Kontrolowanie przejścia faz kwantowych Głównym celem projektu Ig-QPD było skuteczne kontrolowanie przejścia faz kwantowych w urządzeniach elektronicznych. W tym celu naukowcy zbudowali urządzenia wykorzystujące tranzystory bramkowane jonami. „Dzięki niemu możliwe jest osiągnięcie pojemności kwantowej pozwalającej na wzbudzenie fazy kwantowej, takiej jak nadprzewodnictwo”, wyjaśnia Ye. Ye wyjaśnia, że nadprzewodnictwo to zjawisko, w którym ładunek przemieszcza się przez materiał bez oporu. Dzięki temu energia elektryczna może być przekazywana między dwoma punktami w formie ciepła, z doskonałą wydajnością i bez strat. Metoda ta pozwala również badaczom na wykorzystywanie różnych właściwości faz kwantowych. „Przykładowo, używając magnetycznej cieczy jonowej jesteśmy w stanie kontrolować ferromagnetyzm”, dodaje badacz. Według Ye zespołowi udało się stworzyć wysoce wydajny, dostrajalny interfejs bramkowany ruchem jonów. Mógłby on służyć jako platforma dla nowych urządzeń elektronicznych, która umożliwi wykorzystanie efektu polowego do kontroli przejścia faz kwantowych. W ramach projektu opracowano również szeroką gamę materiałów 2D, w tym dichalkogenki metali przejściowych. Badacze odkryli, że siarczek molibdenu (IV) (MoS2) wykazuje tzw. nadprzewodnictwo Isinga, które jest prawdopodobnie stanem najbardziej odpornym na działanie pola magnetycznego. Naukowcy pod wrażeniem Chociaż prace nadal są w toku, projekt ten już wywarł spore wrażenie na ekspertach z branży. „Nasza praca otwiera nową, ekscytującą dziedzinę badań, która przyciąga uwagę grup badawczych na całym świecie”, zauważa Ye. „Dowodzą tego publikacje naszych ustaleń dotyczących tworzenia urządzenia wykorzystującego fazy kwantowe w wiodących czasopismach naukowych”. W ramach projektu udało się również wesprzeć badania sześciu doktorantów oraz dwóch doktorów. Doktoranci od tego czasu ukończyli studia, a dwóch pozostałych naukowców pracuje przy badaniach akademickich z pokrewnych dziedzin. „W ramach projektu Ig-QPD nie tylko prowadzono przełomowe badania, zorganizowano również szkolenia i umożliwiono dalszy rozwój młodym naukowcom, którzy będą kontynuować prace nad urządzeniami wykorzystującymi fazy kwantowe”, dodaje Ye. Słowa kluczowe Ig-QPD, urządzenie wykorzystujące fazy kwantowe, przejścia faz kwantowych, urządzenia elektroniczne, nadprzewodniki, stany kwantowe, tranzystory, elektrochemia, efekt polowy
