나노기술 및 정책 정보

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피츠버그 대학교(University of Pittsburgh) 연구팀이 전자에 대한 구불구불한 경로를 만들어 미래의 양자 장치에 유용할 수 있는 새로운 속성을 전자에 불어 넣었음. 산화물 재료로 만든 1 차원 나노 와이어를 통해 탄도적으로 전자를 발사하는 방법을 연구팀이 확보하고 있음. 여기서 다른 점은 연구팀이 전자의 환경을 변경하여 전자가 이동할 때 좌우로 엮도록 만들었음. 이 움직임은 전자의 특성을 변경하여 새로운 행동을 일으킴. 전자는 직선(즉, 한 차원)을 따라 존재하도록 강제할 때 매우 다르게 행동함. 예를 들어, 전자의 스핀 및 전하 성분이 분리되어 1D 와이어를 통해 다른 속도로 이동할 수 있다는 것이 알려져 있음. 이러한 기괴한 효과는 매력적이며 양자 컴퓨터와 같은 고급 양자 기술 개발에도 중요함. 직선을 따른 모션은 이 양자 시뮬레이션 접근 방식을 사용하여 생성할 수 있는 수많은 가능성 중 하나 일뿐임. 연구팀은 전자가 아래로 경주하는 동안 또는 선형 경로를 사용하는 동안 전자가 나란히 짜여진 결과를 탐구함. 토폴로지로 보호된 양자 계산에 대한 최근 보고 중 하나는 특정 성분이 존재할 때 1D 양자 와이어에 존재할 수 있는 입자인 소위 "마조라나 페르미온 (Majorana fermions)"을 활용하는 것임. LaAlO3 / SrTiO3 시스템은 필요한 상호 작용의 전부는 아니지만 대부분을 가지고 있음. 부족한 것은 Majorana fermions에 대한 조건을 생성할 수 있는 충분히 강력한 "회전 궤도 상호 작용"임. 연구팀의 이 최신 연구의 주요 발견 중 하나는 스핀-궤도 상호 작용이 실제로 전자가 수행하도록 강요받는 구불구불한 운동을 통해 설계될 수 있다는 것임. 새로운 공학적 스핀-궤도 결합을 식별하는 것 외에도, 구불구불한 경로의 주기적인 반복은 전자가 서로 상호 작용하는 새로운 방법을 생성함. 이것의 실험 결과는 단일 전자에 대해 예상되는 것과 다른 부분 전도도의 존재임. 이 작업이 양자 물질의 전체 특성을 탐구, 이해 및 활용하는 2 차 양자 혁명의 주요 목표 중 하나에 기여할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ ("Engineered spin-orbit interactions in LaAlO3/SrTiO3-based 1D serpentine electron waveguides") 지에 게재됨