Capturar e controlar elétrons em pontos quânticos de grafeno de dupla camada produz uma plataforma promissora para tecnologias de informação quântica. Pesquisadores da UC Santa Cruz conseguiram agora a primeira visualização direta de pontos quânticos em grafeno de dupla camada, revelando a forma da função de onda quântica dos elétrons presos.

Os resultados, publicado em 23 de novembro em Nano Letras , fornecer conhecimentos fundamentais importantes necessários para desenvolver tecnologias de informação quântica com base em pontos quânticos de grafeno de duas camadas.

"Tem havido muito trabalho para desenvolver este sistema para a ciência da informação quântica, mas não entendemos como os elétrons se parecem nesses pontos quânticos, "disse o autor correspondente Jairo Velasco Jr., professor assistente de física na UC Santa Cruz.

Enquanto as tecnologias digitais convencionais codificam informações em bits representados como 0 ou 1, um bit quântico, ou qubit, pode representar os dois estados ao mesmo tempo devido à superposição quântica. Em teoria, tecnologias baseadas em qubits permitirão um aumento maciço na velocidade de computação e capacidade para certos tipos de cálculos.

Uma variedade de sistemas, com base em materiais que variam de diamante a arseneto de gálio, estão sendo explorados como plataformas para criar e manipular qubits. Grafeno de duas camadas (duas camadas de grafeno, que é um arranjo bidimensional de átomos de carbono em uma estrutura de favo de mel) é um material atraente porque é fácil de produzir e trabalhar, e os pontos quânticos no grafeno de duas camadas têm propriedades desejáveis.

"Esses pontos quânticos são uma plataforma emergente e promissora para a tecnologia da informação quântica por causa de sua decoerência de spin suprimida, graus quânticos controláveis ​​de liberdade, e sintonização com tensões de controle externo, "Velasco disse.

Compreender a natureza da função de onda de pontos quânticos no grafeno de dupla camada é importante porque esta propriedade básica determina vários recursos relevantes para o processamento de informações quânticas, como o espectro de energia do elétron, as interações entre os elétrons, e o acoplamento de elétrons ao seu ambiente.

A equipe de Velasco usou um método que ele havia desenvolvido anteriormente para criar pontos quânticos em grafeno monocamada usando um microscópio de tunelamento de varredura (STM). Com o grafeno apoiado em um cristal isolante de nitreto de boro hexagonal, uma grande voltagem aplicada com a ponta do STM cria cargas no nitreto de boro que servem para confinar eletrostaticamente os elétrons na bicamada de grafeno.

"O campo elétrico cria um curral, como uma cerca elétrica invisível, que captura os elétrons no ponto quântico, "Velasco explicou.

Os pesquisadores então usaram o microscópio de tunelamento de varredura para obter imagens dos estados eletrônicos dentro e fora do curral. Em contraste com as previsões teóricas, as imagens resultantes mostraram uma simetria rotacional quebrada, com três picos em vez dos anéis concêntricos esperados.

"Vemos anéis circularmente simétricos no grafeno monocamada, mas no grafeno de duas camadas os estados dos pontos quânticos têm uma simetria tripla, "Velasco disse." Os picos representam locais de alta amplitude na função de onda. Os elétrons têm uma natureza de partícula de onda dupla, e estamos visualizando as propriedades de onda do elétron no ponto quântico. "

Este trabalho fornece informações cruciais, como o espectro de energia dos elétrons, necessário para desenvolver dispositivos quânticos baseados neste sistema. "Está avançando na compreensão fundamental do sistema e seu potencial para tecnologias de informação quântica, "Velasco disse." É uma peça que faltava no quebra-cabeça, e levado junto com o trabalho de outros, Acho que estamos caminhando para tornar este sistema útil. "