Terobosan Nol Perlawanan: Temui Sandwich Kuantum yang Mendukung Masa Depan
Para peneliti telah mengembangkan bahan struktur “sandwich” baru yang menunjukkan efek Hall anomali kuantum, yang memungkinkan elektron bergerak hampir tanpa hambatan pada suhu yang lebih tinggi.
Terobosan ini secara signifikan dapat meningkatkan daya komputasi sekaligus mengurangi konsumsi energi secara drastis. Struktur ini didasarkan pada pendekatan berlapis dengan bismuth telluride dan mangan bismuth telluride, menjanjikan perangkat elektronik masa depan yang lebih cepat dan efisien.
Inovasi Material Kuantum
Para ilmuwan terus berupaya untuk meningkatkan daya komputer sambil meminimalkan konsumsi energi. Terobosan yang signifikan adalah penemuan material yang dapat menghantarkan elektron dengan resistansi mendekati nol pada suhu operasi standar. Dalam studi ini, para peneliti mengidentifikasi kandidat yang menjanjikan dalam struktur “sandwich” berlapis yang menunjukkan efek kuantum anomali Hall (QAH). Fenomena langka ini memungkinkan elektron, yang sejajar dengan arah putaran yang sama, bergerak sepanjang tepi material tanpa hambatan.
Meningkatkan Efisiensi Komputer Melalui Putaran Elektron
Komputer yang canggih menawarkan manfaat yang besar, namun memerlukan biaya energi yang tinggi. Struktur sandwich yang dieksplorasi dalam penelitian ini membuka jalan bagi perangkat yang memanfaatkan putaran elektron, sehingga menghasilkan sistem yang lebih cepat dan hemat energi. Selain itu, penelitian ini memperkaya pemahaman kita tentang interaksi tingkat atom dalam tumpukan material berlapis. Wawasan ini sangat penting bagi para ilmuwan dan insinyur yang ingin mengembangkan struktur yang mendorong material yang tidak memiliki ketahanan terhadap suhu yang lebih tinggi.
Meningkatkan Materi untuk Komputasi Kuantum
Penelitian ini mempelajari bismut tellurida (Bi2Te3), isolator topologi. Artinya bahan tersebut bersifat isolasi listrik pada bagian dalamnya tetapi dapat menghantarkan arus listrik pada permukaannya. Untuk mengubah isolator topologi (yang mencakup arus spin-up dan spin-down) menjadi isolator QAH (dengan arus hanya satu jenis spin), perlu untuk menginduksi keteraturan magnet pada material. Menambahkan dopan magnetik dalam jumlah encer dapat menjadi proses yang menantang yang sebenarnya menghasilkan gangguan magnetik, sehingga sangat menekan suhu di mana efek QAH dapat diamati.
Strategi yang lebih baik adalah dengan mengapit isolator topologi dengan lapisan feromagnetik, yang menginduksi keteraturan magnetik melalui efek kedekatan. Salah satu arsitektur yang menjanjikan melibatkan struktur sandwich dengan lapisan tunggal isolator feromagnetik, mangan bismut tellurida (MnBi2Te4), di kedua sisi lapisan isolator topologi ultra tipis, Bi2Te3.
Menjelajahi Efek Kuantum Baru di Fasilitas DOE
Di Advanced Light Source, fasilitas pengguna sumber cahaya Kantor Sains Departemen Energi (DOE), para peneliti mensintesis struktur sandwich ini dengan proses yang disebut epitaksi berkas molekul, di mana lapisan atom secara hati-hati dibangun satu per satu dari sumber yang berbeda. bahan penyusunnya. Sampel kemudian dipindahkan ke ruang eksperimen yang saling berhubungan untuk menyelidiki perilaku elektronik sistem menggunakan sinar ultraviolet.
Dengan memeriksa elektron yang dipancarkan dari permukaan sebagai respons terhadap cahaya yang datang, para peneliti menemukan fitur yang konsisten dengan prediksi efek QAH, yang menunjukkan bahwa sandwich material kuantum ini adalah kandidat yang baik untuk mendukung efek QAH pada suhu tinggi.
Untuk informasi lebih lanjut mengenai penelitian ini, lihat Membuka Kunci Elektronik Lossless Dengan “Sandwich” Quantum yang Inovatif.
Referensi: “Kesenjangan Magnetik Besar dalam Perancang Ferromagnet–Isolator Topologi–Heterostruktur Ferromagnet” oleh Qile Li, Chi Xuan Trang, Weikang Wu, Jinwoong Hwang, David Cortie, Nikhil Medhekar, Sung-Kwan Mo, Shengyuan A. Yang dan Mark T. Edmonds, 08 Maret 2022, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202107520
Pendanaan untuk penelitian ini mencakup Dewan Riset Australia, Organisasi Sains dan Teknologi Nuklir Australia, dan Kementerian Pendidikan Singapura. Penelitian ini menggunakan sumber daya di Advanced Light Source, fasilitas pengguna Kantor Sains Departemen Energi.
