Onderzoekers van de Universiteit van Bath in het VK hebben een manier gevonden om 'single-crystal flake'-apparaten te maken die zo dun en vrij van defecten zijn, ze hebben het potentieel om beter te presteren dan componenten die tegenwoordig in kwantumcomputercircuits worden gebruikt.

De studie wordt deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Nano-brieven.

Het team van de afdeling Natuurkunde van de universiteit deed zijn ontdekking tijdens het verkennen van de kruising tussen twee lagen van de supergeleider niobiumdiselenide (NbSe ₂ ) nadat deze lagen uit elkaar waren gespleten, ongeveer 30 graden gedraaid ten opzichte van elkaar, daarna weer in elkaar gestempeld. bij het splijten, het draaien en opnieuw combineren van de twee lagen, de onderzoekers waren in staat om een ​​Superconducting Quantum Interferometer Device (SQUID) te bouwen - een extreem gevoelige sensor die wordt gebruikt om ongelooflijk kleine magnetische velden te meten.

SQUID's hebben een breed scala aan belangrijke toepassingen op gebieden zoals gezondheidszorg (zoals gezien in cardiologie en magneto-encefalografie - een test die de hersenfunctie in kaart brengt) en mineraalonderzoek.

SQUIDS zijn ook de bouwstenen van de huidige commerciële kwantumcomputers - machines die bepaalde rekentaken veel sneller uitvoeren dan klassieke computers. Quantum computing staat nog in de kinderschoenen, maar in het volgende decennium zal het zal waarschijnlijk het probleemoplossend vermogen van bedrijven en organisaties in veel sectoren veranderen, bijvoorbeeld door de ontdekking van nieuwe medicijnen en materialen te versnellen.

"Vanwege hun atomair perfecte oppervlakken, die vrijwel geheel vrij zijn van gebreken, we zien potentieel voor onze kristallijne vlokken om een ​​belangrijke rol te spelen bij het bouwen van kwantumcomputers van de toekomst, " zei professor Simon Bending, die het onderzoek samen met zijn Ph.D. student Liam Farrar. "Ook, SQUID's zijn ideaal voor biologiestudies, bijvoorbeeld ze worden nu gebruikt om het pad van magnetisch gelabelde medicijnen door de darm te volgen, dus we zijn erg enthousiast om te zien hoe onze apparaten ook op dit gebied kunnen worden ontwikkeld."

Zoals professor Bending snel opmerkt, echter, zijn werk aan SQUID's gemaakt met NbSe ₂ flakes staat helemaal aan het begin van zijn reis. "Dit is een volledig nieuwe en onontgonnen benadering voor het maken van SQUID's en er zal nog veel onderzoek moeten worden gedaan voordat deze toepassingen werkelijkheid worden, " hij zei.

Extreem dunne eenkristallen

De vlokken waaruit de Bath-supergeleiders zijn vervaardigd, zijn extreem dunne eenkristallen (10, 000 keer dunner dan een mensenhaar) die gemakkelijk buigen, waardoor ze ook geschikt zijn voor inbouw in flexibele elektronica, zoals gebruikt in computertoetsenborden, optische vertoningen, zonnecellen en diverse auto-onderdelen.

Omdat de bindingen tussen lagen van NbSe ₂ zijn zo zwak, gespleten vlokken - met hun perfect vlakke, defectvrije oppervlakken - creëer atomair scherpe interfaces wanneer ze weer in elkaar worden gedrukt. Dit maakt ze uitstekende kandidaten voor de componenten die worden gebruikt in quantum computing.

Hoewel dit niet de eerste keer is dat NbSe ₂ lagen zijn aan elkaar gestempeld om een ​​zwakke supergeleidende link te creëren, dit is de eerste demonstratie van kwantuminterferentie tussen twee van dergelijke knooppunten met een patroon van een paar gedraaide vlokken. Deze kwantuminterferentie heeft de onderzoekers in staat gesteld de maximale superstroom die door hun SQUID's kan stromen te moduleren door een klein magnetisch veld aan te leggen, het creëren van een extreem gevoelige veldsensor. Ze konden ook aantonen dat de eigenschappen van hun apparaten systematisch konden worden afgestemd door de draaihoek tussen de twee vlokken te variëren.