Ученые из Лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) совершили прорыв, создав технику, которая позволяет формировать каналы для электронов без сопротивления. Это открытие может значительно продвинуть развитие квантовых вычислений и энергоэффективной электроники.

Ключевой элемент открытия — хиральное интерфейсное состояние, которое представляет собой проводящий канал, позволяющий электронам двигаться только в одном направлении. Это предотвращает их рассеивание назад и, как следствие, возникновение энергозатратного электрического сопротивления.

Для визуализации хиральных интерфейсных состояний команда использовала сканирующий туннельный микроскоп (STM), который позволил увидеть волновую функцию этого состояния на атомарном уровне. Это первое в своем роде изображение, демонстрирующее, как выглядят эти одномерные состояния в реальности.

Исследователи также продемонстрировали возможность создания этих каналов без сопротивления по требованию в двумерном изоляторе, известном как квантовый аномальный холловский (QAH) изолятор. Эти материалы являются изоляторами в объеме, но проводят электроны без сопротивления на одномерных “краях” — физических границах материала и интерфейсах с другими материалами.

Для подготовки хиральных интерфейсных состояний было создано устройство из скрученного монослоя и двухслойного графена, где два атомарно тонких слоя графена вращаются с точным углом относительно друг друга, создавая муаровую сверхрешетку, которая проявляет QAH-эффект.

Это открытие является частью более широких усилий Berkeley Lab по продвижению квантовых вычислений и других приложений квантовой информационной системы, включая разработку и синтез квантовых материалов для решения насущных технологических задач. Оно открывает новые возможности для создания квантовых компьютеров и энергоэффективной электроники будущего.

Источник: Nature Physics