2018 년 매사추세츠 주 공과 대학 (MIT)의 연구원 그룹은 눈부신 재료 과학 마술을 시작했습니다. 그들은 두 개의 미세한 그래 핀 카드 (탄소 1 개 원자 두께 시트)를 쌓아 놓았고 하나를 약간 뒤틀었다. 전기장을 적용하면 스택을 도체에서 절연체에서 절연체로 변환 한 다음 갑자기 초전도체로 변환했습니다. 수십 개의 실험실이 새로 태어난 "Twistronics"분야로 뛰어 들어 화학적으로 다른 재료를 융합시키는 번거 로움없이 새로운 전자 장치를 만들기를 희망했습니다.
선구자 MIT 그룹을 포함한 두 그룹의 두 그룹은 이제 많은 양자 컴퓨터에 사용 된 것과 같은 초전도 스위치를 포함하여 트위스트 된 그래 핀을 작동 장치로 전환함으로써 그 약속을 전달하고 있습니다. 이 연구는 재료에 대한 중요한 단계를 나타냅니다. 이는 이미 개별 전자와 광자를 캡처하고 제어 할 수있는 기본 과학 도구로 성숙하고 있습니다. 컬럼비아 대학교 (Columbia University)의 요약 물리학자인 코리 딘 (Cory Dean)은 2018 년 발표 이후 자료의 초전도 속성을 최초로 확인한 랩 (Columbia University)의 코리 딘 (Cory Dean)은 새로운 전자 장치의 기초로 약속을 보여주고 있다고 말했다. "이 플랫폼이 보편적 인 자료로 사용될 수 있다는 생각은 환상이 아닙니다."라고 그는 말합니다. "사실이되고있다."
뒤틀린 그래 핀의 카멜레온과 같은 특성의 비밀은 소위 "매직 각도"에 있습니다. 연구자들이 시트를 정확하게 1.1 °만큼 회전하면 트위스트는 대규모 "moiré"패턴을 만듭니다. 두 개의 그리드가 병치 될 때 보이는 어두운 밴드와 동등한 원자 규모입니다. Moiré는 수천 개의 원자를 모아서 슈퍼 아톰과 같이 일제하게 행동 할 수있게합니다. 이러한 집단적 행동은 전기장으로 올바른 장소로 목격 된 적당한 수의 전자를 가능하게하고, 절연체에서 도체, 초전도기에 이르기까지 재료의 거동을 근본적으로 변화시킬 수있게한다. 슈퍼 셀과의 상호 작용은 또한 전자가 느려지고 서로의 존재감을 느끼게하여 초전도성에 대한 요구 사항을 더 쉽게 해제 할 수 있습니다.
이제 연구원들은 다른 영역을 다양한 전기장에 적용하는 금속성 "게이트"패턴을 때림으로써 원하는 특성을 시트의 작은 영역으로 전화를 걸 수 있음을 보여주었습니다. 두 그룹 모두 Josephson Juntions로 알려진 장치를 구축했는데, 여기서 두 개의 초전도기는 얇은 비전 도입 재료의 얇은 층을 측면하여 초전도의 흐름을 제어하기위한 밸브를 만듭니다. ETH 취리히의 물리학자인 클라우스 엔슬린 (Klaus Ensslin)은 10 월 30 일에 Preprint Server Arxiv에 게시 된 연구 중 하나에 대한 공동 저자 인 Klaus Ensslin은“세상이 열려 있음을 보여 주면 세상이 열려 있음을 보여 주었다. 기존의 조셉슨 접합부는 뇌의 전기 활동을 모니터링하기위한 자기 장치에서 발견되는 초전도 전자 제품의 근무자 역할을하며 초음파 자성 계산기의 역할을합니다.
MIT 그룹은 11 월 4 일 ARXIV에 결과를 게시 한 실험실 리더 인 Pablo Jarillo-Herrero는“개념 증명서와 마찬가지로 조셉슨 접합부를 다른 최대의 역학 기기로 전기적으로 변형시켰다”고 말했다. 탄소를 도체 절연체-수퍼 전도체 구성으로 조정함으로써, 전자 쌍이 얼마나 단단히 고유한지를 측정 할 수있었습니다. 이 팀은 또한 단일 전자의 움직임을 제어 할 수있는 트랜지스터를 만들었습니다. 연구원들은 회로를 축소하고 에너지에 대한 갈증을 줄이는 방법으로 단일 전자 스위치를 연구했습니다.
.매직 앵글 그래 핀 장치는 언제라도 소비자 실리콘 전자 장치에 도전하지는 않을 것입니다. 그래 핀 자체는 쉽게 만들 수 있습니다. 시트는 스카치 테이프에 불과한 흑연 블록에서 벗겨 질 수 있습니다. 그러나이 장치는 초 방제를 받기 전에 거의 절대 0까지 차가워 야합니다. 그리고 시트가 주름을 잡고 마법의 각도를 방해하는 경향이 있기 때문에 정확한 트위스트를 유지하는 것은 어색합니다. 1 미크론 또는 2 마리의 미크론에도 부드럽게 꼬인 시트를 안정적으로 만드는 것은 여전히 어려운 일이며, 연구원들은 아직 대량 생산을 향한 명확한 길을 보지 못합니다. Jarillo-Herrero는 "실제 복잡한 장치를하고 싶다면 수십만 개의 [그래 핀 기판]을 만들어야하며 그 기술이 존재하지 않습니다."
.그럼에도 불구하고, 많은 연구자들은 화학의 제약에 대해 걱정하지 않고 전자 장치를 탐험하겠다는 약속에 흥분합니다. 재료 과학자들은 일반적으로 올바른 원자 특성을 가진 물질을 찾고 함께 융합해야합니다. 그리고 칵테일이 끝나면 다른 요소가 원하는 방식으로 메쉬하지 않을 수 있습니다.
대조적으로, 모든 원자는 탄소이며, 다른 재료 사이의 지저분한 경계를 제거합니다. 과학자들은 버튼 프레스에서 주어진 패치의 전자 동작을 변경할 수 있습니다. 이러한 장점은 자료에 대한 전례없는 통제권을 부여한다고 Ensslin은 말합니다. "이제 피아노처럼 연주 할 수 있습니다."
이러한 제어는 양자 컴퓨터를 단순화 할 수 있습니다. Google과 IBM이 개발 한 사람들은 제조 중에 고정 된 속성을 가진 Josephson 접점에 의존합니다. 까다로운 큐빗을 작동 시키려면 접합부를 번거로운 방식으로 공동으로 조작해야합니다. 그러나 꼬인 그래 핀을 사용하면 큐 비트가 작고 제어하기 쉬운 단일 접합부에서 나올 수 있습니다.
하버드 대학 물리학 자이자 Raytheon BBN Technologies의 Quantum Computing Team 회원 인 Kin Chung Fong 은이 자료에 대한 또 다른 잠재적 사용에 대해 열성적입니다. 4 월, 그와 그의 동료들은 원거리 적외선의 단일 광자를 감지 할 수있는 꼬인 그래 핀 장치를 제안했습니다. 그것은 천문학 자들이 초기 우주의 희미한 빛을 조사하는 데 유용 할 수 있습니다. 현재 센서는 스펙트럼의 가시적이거나 거의 보이는 부분에서만 고독한 광자를 발견 할 수 있습니다.
Twistronics의 분야는 유아기에 남아 있으며, 그래 핀의 미세한 스펙을 마법 위치로 비틀리는 까다로운 과정은 여전히 손의 손을 필요로하거나 적어도 실험실 작업이 필요합니다. 그러나 트위스트 그래 핀이 산업 전자 장치로 들어가는 지 여부에 관계없이 이미 재료 과학의 세계를 크게 변화시키고 있다고 New Brunswick의 Rutgers University의 응축 된 물리학자인 Eva Andrei는이 실험실이 뒤틀린 그래 핀의 독특한 특성을 주목 한 최초의 것 중 하나 였다고 말합니다.
"정말 새로운 시대"라고 그녀는 말합니다. "화학없이 재료를 만드는 새로운 방법입니다."
