Odkrycie wirowego pola elektrycznego może mieć wpływ na obliczenia kwantowe

Naukowcy z City University of Hong Kong (CityUHK) i lokalni partnerzy zaobserwowali nowe wirowe pole elektryczne, które może ulepszyć przyszłe urządzenia elektroniczne, magnetyczne i optyczne.

Badania pt. „Wir polarny i kwazikryształowy obserwowany w skręconej dwuwarstwie dwusiarczku molibdenu” opublikowany W Naukajest niezwykle cenny, ponieważ może usprawnić działanie wielu urządzeń, w tym zwiększyć stabilność pamięci i szybkość obliczeń.

Dzięki dalszym badaniom odkrycie wirowego pola elektrycznego może również mieć wpływ na dziedziny obliczeń kwantowych, spintroniki i nanotechnologii.

„Wcześniej generowanie wirowego pola elektrycznego wymagało kosztownych technik osadzania cienkowarstwowych i skomplikowanych procedur. Jednak nasze badania wykazały, że proste skręcenie dwuwarstwowych materiałów 2D może z łatwością indukować to wirowe pole elektryczne” – powiedział profesor Ly Thuc Hue z Wydziału Chemistry i główny członek Centrum Super-Diamentów i Filmów Zaawansowanych w CityUHK.

Aby uzyskać przejrzysty interfejs, badacze zazwyczaj bezpośrednio syntetyzowali dwuwarstwy. Jednak utrzymanie swobody w zakresie kątów skrętu jest wyzwaniem, szczególnie w przypadku skrętów pod niskim kątem. Zespół profesor Ly wynalazł innowacyjną technikę transferu wspomaganego lodem, która, jak wyjaśnia, okazała się kluczowa dla uzyskania czystego interfejsu między dwuwarstwami, umożliwiając im swobodne manipulowanie i tworzenie skręconych dwuwarstw.

W przeciwieństwie do poprzednich badań, które koncentrowały się na kątach skrętu mniejszych niż 3 stopnie, technika zespołu pozwoliła im stworzyć szerokie spektrum kątów skrętu w zakresie od 0 do 60 stopni, wykorzystując zarówno syntezę, jak i sztuczne układanie poprzez transfer wspomagany lodem.

Wszechstronne zastosowania

Odkrycie nowego wirowego pola elektrycznego w skręconej dwuwarstwie umożliwiło również utworzenie kwazikryształu 2D, potencjalnie udoskonalającego przyszłe urządzenia elektroniczne, magnetyczne i optyczne. Kwazikryształy są pożądanymi strukturami o nieregularnym uporządkowaniu ze względu na ich niską przewodność cieplną i elektryczną, co czyni je idealnymi do powłok powierzchniowych o wysokiej wytrzymałości, takich jak patelnie.

Według profesora Ly struktury te mogą mieć wszechstronne zastosowanie, ponieważ generowane wirowe pole elektryczne różni się w zależności od kąta skręcenia. Kwazikryształy mogą skutkować bardziej stabilnym efektem pamięci w urządzeniach elektronicznych, ultraszybką mobilnością i szybkością obliczeń, przełączaniem polaryzacji bez rozpraszania, nowatorskimi polaryzowalnymi efektami optycznymi oraz postępem w spintronice.

Odkrycie nowej techniki

Zespół na drodze do dokonania nowych obserwacji przezwyciężył wiele trudności. Po pierwsze, musieli znaleźć sposób na ustanowienie czystego interfejsu między dwuwarstwami. To doprowadziło ich do odkrycia nowej techniki wykorzystującej lód jako materiał transferowy, pierwszej w tej dziedzinie.

Syntetyzując i przenosząc materiały 2D przy użyciu cienkiej warstwy lodu, zespół uzyskał przejrzyste interfejsy, którymi łatwo było manipulować. W porównaniu z innymi technikami, ta technika transferu wspomaganego lodem jest bardziej skuteczna, mniej czasochłonna i bardziej opłacalna.

Następnie musieli pokonać wyzwanie polegające na analizie materiału. W końcu dokonali odkrycia dzięki zastosowaniu czterowymiarowej transmisyjnej mikroskopii elektronowej (4D-TEM) i współpracy z innymi badaczami. Na jednym z wielu etapów testów stworzono skręconą dwuwarstwową strukturę 2D i zaobserwowano nowe wirowe pole elektryczne.

Patrząc w przyszłość

Biorąc pod uwagę szeroki zakres zastosowań kątów skrętu, zespół nie może się doczekać dalszego rozwoju swoich badań w oparciu o nowe obserwacje i odkrywania jego pełnego potencjału.

Kolejne etapy badań będą skupiać się na dalszej manipulacji materiałem, na przykład na testowaniu, czy możliwe jest układanie większej liczby warstw lub sprawdzaniu, czy ten sam efekt można uzyskać przy użyciu innych materiałów.

Po opatentowaniu techniki transferu wspomaganego lodem zespół z niecierpliwością oczekuje, czy za pomocą tej techniki uda się dokonać innych odkryć na całym świecie teraz, gdy możliwe jest uzyskanie czystych dwuwarstwowych interfejsów bez rozległych i kosztownych procedur.

„To badanie miało potencjał, aby zapoczątkować nową dziedzinę skupioną na skręcaniu pól wirowych w nanotechnologii i technologii kwantowej” – podsumował profesor Ly, podkreślając, że odkrycie, choć wciąż na wczesnym etapie zastosowania, może znacząco zmienić zasady gry w zastosowaniach urządzeń, takich jak pamięć, obliczenia kwantowe, spintronika i urządzenia czujnikowe.