Nanotechnologia

Zespół naukowców z Uniwersytetu w Kolonii zbadał stany powierzchniowe Diraca w kwantowo ograniczonych nanodrutach z izolatora topologicznego (Bi_1-xSb_x)₂Te₃. To pierwsza taka praca, w której udało się bezpośrednio zbadać skwantowane podpasma Diraca w nanodrutach z tego nowego typu materiału.

Nanodruty (Bi_1-xSb_x)₂Te₃ wytworzono metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej (mechanizm VLS vapor-liquid-solid) wykorzystując nanocząstki złota jako katalizatory. Stosunek bizmutu do antymonu został dobrany tak, żeby uzyskać najlepsze właściwości izolacyjne materiału. Nanodruty mają równomierną średnicę od 20 do 100 nm i długość do kilku mikrometrów. W celu ich scharakteryzowania zintegrowano je w czterozaciskowych urządzeniach z przestrajanymi bramkami i zmierzono rezystancję urządzenia w funkcji temperatury i napięcia bramki.

Struktury o takiej geometrii i składzie chemicznym nie powinny przepuszczać prądu, jednak autorzy zaobserwowali oscylację rezystancji w pobliżu punktu Diraca, która została zidentyfikowana jako sygnatura skwantowanych podpasm Diraca. Efekt ten jest zgodny z teoretycznymi modelami, jednak z powodu wysokiego poziomu skomplikowania pomiarów, wcześniej nie był zaobserwowany w strukturach tego typu.

Z Nanonis Tramea pomiary z dużą ilością zmiennych parametrów nie są problemem. Nawet najbardziej podstawowa konfiguracja posiada 8 niezależnie sterowanych przez zintegrowane oprogramowanie wyjść i 8 kanałów do rejestracji sygnału. Każdy z tych kanałów posiada własny przedwzmacniacz, filtry do 8-go rzędu i jest połączony z modułem lock-in. Jakość konwersji sygnału analogowego do cyfrowego to minimum 20 bitów z możliwością ulepszenia do 22-ch przy pomocy wymiany jednego modułu. Taka wysoka jakość konwersji daje możliwości wzmocnienia sygnału wyjściowego do 140 dB, na podobieństwo wręcz studyjnej jakości aparatury do odtwarzania i rejestracji muzyki. Dla porównania, urządzenia pomiarowe podłączone do komputera poprzez protokół TCP/IP mają jakość sygnału zaledwie 16 bit (maksymalne wzmacnianie do 90 dB).

Oprogramowanie Nanonis Tramea wspiera zarówno standardowe, jak i napisane przez użytkownika skrypty, co pozwala na pełną automatyzację pomiaru i przyśpieszenie go do 1000 razy. Pomiary normalnie trwające godziny można wykonać teraz przy pomocy jednego kliknięcia myszką.

Nanodruty z izolatorów topologicznych w kontakcie z nadprzewodnikami są uważane za idealne elementy konstrukcyjne dla komputerów kwantowych i innych urządzeń zawierających qubity Majorany.

Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications. Artykuł można znaleźć tutaj: doi.org/10.1038/s41467-021-21230-3

Źródło: SPECS GROUP

https://www.specs-group.com/nc/specsgroup/latest-news/blog/detail/nanonis-tramea-fully-integrated-software-based-quantum-transport-measurement-system/