Forscher untersuchen neue Materialien mit Potenzial für Quantencomputer

By TPN/Lusa, in Tech, Schule, Wissenschaft · 17-03-2021 20:00:00 · 0 Kommentare

Forscher der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Porto (FCUP) sind Teil eines Teams, das neue dreidimensionale, Graphen-ähnliche Materialien untersucht, die in Quantencomputern und Sensoren eingesetzt werden können, wurde am 16. März bekannt gegeben.

In einer Erklärung erklärt das FCUP, dass es sich bei den neuen dreidimensionalen (3D) Materialien um Dirac-Weyl-Semimetalle handelt, eine Reihe von synthetischen Kristallen, die im Labor hergestellt werden und deren elektronische Eigenschaften ihre Verwendung "in den Computern der Zukunft" ermöglichen könnten.

"Diese Kristalle sind dreidimensional und weisen eine seltene Eigenschaft auf: Elektronen, die sich so verhalten, als hätten sie keine Masse", verdeutlicht die Einrichtung.

Die Materialien, von denen man annimmt, dass sie "robuster als Graphen" sind, können unempfindlich gegenüber zufälligen Bedingungen, wie dem Vorhandensein von Verunreinigungen, werden.

João Pedro Pires, ein Forscher am FCUP, wird in dem Dokument zitiert und sagt, dass diese "seltene" Eigenschaft "viele Konsequenzen für die elektrische Leitfähigkeit" hat, da sie "extrem gute Leiter" sind.

"Die ersten theoretischen Studien wurden unter der Annahme gemacht, dass der Kristall perfekt ist. Das Gleiche geschah mit Graphen, aber 2014 wurde zum ersten Mal die Frage gestellt, ob sich die Physik der Elektronen ändert, wenn die Kristalle Unvollkommenheiten haben, wie es bei realen Graphen-Proben der Fall ist", sagt er.

Um die Frage zu beantworten, ob Imperfektionen im Kristall dieses Halbmetall in ein herkömmliches Metall verwandeln oder ob die entstehenden Verunreinigungen die elektronischen Eigenschaften in diesen Materialien zerstören, starteten die Forscher 2019 die Studie.

Die theoretische Studie begann an der University of Central Florida (USA), wo der portugiesische Forscher im Rahmen seiner Promotion war und wo diese Materialien entdeckt wurden.

Im Rahmen der Untersuchung, die in der amerikanischen Fachzeitschrift "Physical Review Research" veröffentlicht wurde, kamen die Forscher zu dem Schluss, dass diese Halbmetalle "instabil gegenüber Unordnung" sind und dass es eine "exponentiell kleine Veränderung gibt, die sie in Gegenwart von Verunreinigungen in normale Metalle umwandelt".

Dafür ist es "fundamental", die 2018 von zwei FCUP-Forschern entwickelte Software QuantumKITE zu nutzen, die eine effiziente Simulation von Quantenmaterie ermöglicht.

Die Frage ist nun, ob der "Grad der Kleinheit des Effekts relevant ist oder nicht, um die Anwendung dieser Art von Materialien für neue Quantentechnologien nicht unmöglich zu machen".

In diesem Sinne besteht der nächste Schritt der Forschung darin, den Effekt verschiedener Defektmodelle zu untersuchen, mit dem Ziel, "die Produktionsoptimierung dieser Materialien zu leiten, unter Berücksichtigung möglicher Einschränkungen für ihre technologische Anwendung".

"Wenn das Hauptproblem nur in den Verunreinigungen liegt, können die Forscher einen saubereren Raum nutzen, um diese Kristalle herzustellen", verdeutlicht João Pedro Pires und fügt hinzu, dass eine der Herausforderungen im Zusammenhang mit Quantencomputern ihre "große Empfindlichkeit" gegenüber Temperatur und Verunreinigungen ist.

Diese Empfindlichkeit lässt sich auch auf neue Arten von Sensoren anwenden, wie z. B. Infrarotstrahlung oder ultraschnelle Laserkomponenten, bei denen dieser Faktor große Bedeutung erlangt.

In die 2019 gestartete und kürzlich veröffentlichte Studie sind Forscher der Universität Minho, der Universität York (England), der University of Central Florida (USA), der Universität Twente (Niederlande) und der Universität Sabanci-Tulsa (Türkei) eingebunden.



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