人造原子开辟了新的令人兴奋的可能性,因为我们可以直接调整它们的属性”,JoachimBurgdrfer教授(维也纳的TU Wien)说。在诸如砷化镓的半导体材料中,已经证明在微小的限制中捕获电子是可能的。这些结构通常被称为“量子点”。就像在原子中,电子只能在某些轨道上环绕原子核,这些量子点中的电子被迫进入离散的量子态。
创造人造原子有不同的方法:最简单的方法是将电子放入微小的薄片中,从薄层材料中切割出来。虽然这适用于石墨烯,但是材料的对称性被薄片的边缘打破,这些薄片的边缘永远不会是完全光滑的。因此,石墨烯中特殊的四倍多态减少到传统的两倍。
因此,必须找到不同的方法:没有必要使用小的石墨烯薄片来捕获电子。使用巧妙的电场和磁场组合是一个更好的选择。利用扫描隧道显微镜的尖端,可以局部施加电场。这样,在石墨烯表面内产生了一个微小区域,其中可以捕获低能电子。同时,通过施加磁场迫使电子进入微小的圆形轨道。“如果我们只使用电场,量子效应可以使电子快速离开陷阱”,Libisch解释说。
人造原子在RWTH Aachen由Nils Freitag和Peter Nemes-Incze在Markus Morgenstern教授的小组中测量。Larisa Chizhova,Florian Libisch和JoachimBurgdfer在TU Wien(维也纳)开发了模拟和理论模型。极为干净的石墨烯样品来自曼彻斯特(GB)的Andre Geim和Kostya Novoselov周围的团队 - 这两位研究人员于2010年因首次制造石墨烯片而获得诺贝尔奖。
新的人造原子现在为许多量子技术实验开辟了新的可能性:“具有相同能量的四个局域电子态允许在不同的量子态之间切换以存储信息”,JoachimBurgdrfer说。电子可以长时间保持任意叠加,是量子计算机的理想特性。此外,新方法具有可扩展性的巨大优势:应该可以在小芯片上安装许多这样的人造原子,以便将它们用于量子信息应用。