De toekomst van kwantumcomputing kan afhangen van de verdere ontwikkeling en het begrip van halfgeleidermaterialen die bekend staan ​​als overgangsmetaaldichalcogeniden (TMDC's). Deze atomair dunne materialen ontwikkelen unieke en bruikbare elektrische, mechanisch, en optische eigenschappen wanneer ze worden gemanipuleerd door druk, licht, of temperatuur.

In onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , ingenieurs van het Rensselaer Polytechnic Institute demonstreerden hoe, wanneer de TMDC-materialen die ze maken in een bepaalde geometrie worden gestapeld, de interactie die plaatsvindt tussen deeltjes geeft onderzoekers meer controle over de eigenschappen van de apparaten. specifiek, de interactie tussen elektronen wordt zo sterk dat ze een nieuwe structuur vormen die bekend staat als een gecorreleerde isolatietoestand. Dit is een belangrijke stap, onderzoekers zeiden, in de richting van het ontwikkelen van kwantumstralers die nodig zijn voor toekomstige kwantumsimulatie en computergebruik.

"Er is iets spannends aan de hand, " zei Sufei Shi, een assistent-professor chemische en biologische technologie bij Rensselaer, die dit werk leidde. "Een van de kwantumvrijheidsgraden die we hopen te gebruiken in kwantumcomputing wordt verbeterd wanneer deze gecorreleerde toestand bestaat."

Veel van Shi's onderzoek was gericht op het verkrijgen van een beter begrip van het potentieel van het exciton, die wordt gevormd wanneer een elektron, opgewonden door licht, bindingen met een gat - een positief geladen versie van het elektron. Shi en zijn team hebben dit fenomeen aangetoond in TMDC-apparaten gemaakt van lagen wolfraamdisulfide (WS ₂ ) en wolfraamdiselenide (WSe ₂ ). Onlangs, het team observeerde ook de vorming van een tussenlaag-exciton, die wordt gevormd wanneer een elektron en een gat in twee verschillende materiaallagen bestaan. Het voordeel van dit type exciton, Shi zei, is dat het een langere levensduur heeft en significanter reageert op een elektrisch veld, waardoor onderzoekers beter in staat zijn om de eigenschappen ervan te manipuleren.

In hun laatste onderzoek Shi en zijn team lieten zien hoe, door TMDC's op een bepaalde manier te stapelen, ze kunnen een rooster ontwikkelen dat bekend staat als een moiré-superrooster. Stel je twee vellen papier voor die op elkaar zijn gestapeld, elk met hetzelfde patroon van zeshoeken die eruit zijn gesneden. Als je de hoek van een van de stukjes papier zou verschuiven, de zeshoeken zouden niet meer perfect bij elkaar passen. De nieuwe formatie is vergelijkbaar met die van een moiré superrooster.

Het voordeel van een dergelijke geometrie, Shi zei, is dat het elektronen en tussenlaagse excitonen aanmoedigt om samen te binden, het verder vergroten van de hoeveelheid controle die onderzoekers hebben over de excitonen zelf. Deze ontdekking, Shi zei, is een belangrijke stap in de richting van de ontwikkeling van kwantumstralers die nodig zullen zijn voor toekomstige kwantumsimulatie en kwantumcomputing.

"Het heeft in wezen de deur geopend naar een nieuwe wereld. We zien al veel dingen, door gewoon door de deur te gluren, maar we hebben geen idee wat er gaat gebeuren als we de deur openen en naar binnen gaan, " zei Shi. "Dat is wat we willen doen, we willen de deur openen en naar binnen gaan."