나노기술 및 정책 정보

• 목록

이중층 그래핀 양자점에서 전자를 포착하고 제어하면 양자 정보 기술을 위한 유망한 플랫폼이 생성됨.

캘리포니아 대학교(University of California - Santa Cruz) 연구팀이 이중층 그래핀의 양자점을 최초로 직접 시각화하여 포획된 전자의 양자파 기능의 모양을 밝혀냈음. 기존 디지털 기술은 정보를 0 또는 1로 표시되는 비트로 인코딩하지만 양자비트 또는 큐비트는 양자 중첩으로 인해 두 상태를 동시에 나타낼 수 있음. 이론적으로 큐비트를 기반으로 하는 기술은 특정 유형의 계산에 대해 컴퓨팅 속도와 용량을 크게 증가시킬 수 있음. 다이아몬드에서 갈륨비소에 이르는 다양한 재료를 기반으로 하는 다양한 시스템이 큐비트를 생성하고 조작하기 위한 플랫폼으로 탐색되고 있음. 이중층 그래핀(허니콤 격자에서 탄소 원자의 2 차원 배열 인 2 층 그래핀)은 생산 및 작업이 용이하고 이중층 그래핀의 양자점은 바람직한 특성을 가지고 있기 때문에 매력적인 재료임. 이 양자점은 억제된 스핀 디코히어런스, 제어 가능한 양자 자유도 및 외부 제어 전압에 의한 조정 가능성으로 인해 양자 정보 기술을 위한 유망한 새로운 플랫폼임. 이중층 그래핀에서 양자점 파동 기능의 특성을 이해하는 것은 중요함. 이 기본 속성은 전자 에너지 스펙트럼, 전자 간의 상호 작용 및 전자와 환경의 결합과 같은 양자 정보 처리에 대한 몇 가지 관련 기능을 결정하기 때문임. 연구팀은 주사 터널링 현미경 (STM)을 사용하여 단층 그래핀에 양자점을 생성하기 위해 이전에 개발한 방법을 사용했음. 절연 육각형 질화붕소 결정 위에 그래핀이 놓여있는 상태에서 STM 팁에 큰 전압을 가하면 질화붕소에 전하가 생성되어 이중층 그래핀에서 전자를 정전기적으로 가두는 역할을 함. 전기장은 보이지 않는 전기 울타리처럼 양자점에 전자를 가두는 목장 역할을 함. 그런 다음 연구팀은 주사 터널링 현미경을 사용하여 목장 내부와 외부의 전자 상태를 이미지화했음. 이론적 예측과 달리 결과 이미지는 예상되는 동심원 고리 대신 세 개의 봉우리가 있는 깨진 회전 대칭을 보여주었음. 단층 그래핀에서는 원형 대칭 고리를 볼 수 있지만 이중층 그래 핀에서는 양자점 상태가 3 배 대칭을 가짐. 피크는 파동 함수에서 높은 진폭의 위치를 나타냄. 전자는 파동과 입자의 이중 특성을 가지고 있으며, 양자점에서 전자의 파동 특성을 시각화하고 있음. 이 작업은 이 시스템을 기반으로 양자 장치를 개발하는 데 필요한 전자의 에너지 스펙트럼과 같은 중요한 정보를 제공함. 이것은 시스템에 대한 근본적인 이해와 양자 정보 기술에 대한 잠재력을 발전시키고 있음. 이는 퍼즐에서 빠진 조각이었고 다른 사람들의 작업과 함께 이 시스템을 유용한 시스템으로 만드는 방향으로 나아가고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ (“Visualization and Manipulation of Bilayer Graphene Quantum Dots with Broken Rotational Symmetry and Nontrivial Topology”) 지에 게재됨