Fraktionale Elektronen: MITs neuer Durchbruch in Graphen prägt die Zukunft der Quantencomputertechnik
MIT-Physiker haben den fraktionierten Quanten-Hall-Effekt in fünf Schichten von Graphen beobachtet, einem einfacheren Material als zuvor beobachtet, was die Quantencomputertechnik vorantreiben könnte.
Die Entdeckung von fraktionierter Ladung in Graphen
Der fraktionierte Quanten-Hall-Effekt, bei dem Elektronen in Bruchteile ihrer Ladung aufgeteilt werden, wurde von MIT-Physikern in fünf Schichten von Graphen beobachtet. Dieser exotische elektronische Zustand hat das Potenzial, die Quantencomputertechnik zu revolutionieren, indem er erhöhte Widerstandsfähigkeit und Fehlerkorrektur bietet.
Traditionell wurde der fraktionierte Quanten-Hall-Effekt nur unter sehr starken magnetischen Feldern beobachtet, aber die jüngste Entdeckung in Graphen eliminiert die Notwendigkeit einer starken magnetischen Manipulation. Die gestapelte Graphenstruktur, die einer Treppe ähnelt, bietet ideale Bedingungen, damit Elektronen als Bruchteile ihrer Gesamtladung passieren können, ohne ein externes magnetisches Feld.
Unkonventionelle elektronische Zustände
Der fraktionierte Quanten-Hall-Effekt ist ein Beispiel für das kollektive Verhalten, das entsteht, wenn Partikel von individuellen Einheiten zu einer Einheit agieren. In diesen speziellen Zuständen verlangsamen sich Elektronen und wechselwirken miteinander, was zu seltenen elektronischen Zuständen wie fraktionierter Ladung führt.
Die ursprüngliche Entdeckung des fraktio-nierten Quanten-Hall-Effekts im Jahr 1982 erforderte starke Magnetfelder, um Elektronen zu verlangsamen und ihnen zu ermöglichen, zu interagieren. Neueste Durchbrüche wie die Beobachtung fraktionierter Ladung in Molybdändisulfid ohne ein Magnetfeld haben jedoch Möglichkeiten für topologische Quantencomputertechnik eröffnet.
Im Fall von Graphen bieten die unerwartete Beobachtung anomaler fraktionierter Ladung neue Möglichkeiten für die Quantencomputertechnik. Graphen kann auch als Supraleiter fungieren, was es zu einem faszinierenden Material mit vielfältigen potenziellen Anwendungen macht.
Experimentelle Ergebnisse und zukünftige Forschung
MIT-Physiker haben zwei Proben der hybriden Graphenstruktur hergestellt, indem sie fünf Graphenschichten mit hexagonalem Bornitrid (hBN) zu einem Moiré-Übergitter kombiniert haben. Durch Abkühlen der Struktur auf nahe dem absoluten Nullpunkt und Anlegen eines Stroms haben sie Signaturen fraktionierter Ladung beobachtet.
Diese bahnbrechende Entdeckung in Graphen eröffnet Wege für weitere Erforschung seltener elektronischer Zustände in mehrschichtigem Graphen. Die Forscher sind begeistert von den Möglichkeiten für grundlegende Physikforschung und potenzielle Anwendungen in der Zukunft der Quantencomputertechnik.
