Fisikawan Rice University menemukan material kuantum yang dapat beralih di antara dua fase elektronik, membuka jalan bagi teknologi memori kuantum canggih yang mampu menyimpan qubit dengan andal. Kredit: SciTechDaily.com
Penemuan beras dapat mempercepat pengembangan memori kuantum nonvolatil.
Fisikawan Rice University telah menemukan material kuantum yang dapat mengubah fase – dan metode untuk menemukan material serupa – yang berpotensi digunakan untuk membuat memori seperti flash yang mampu menyimpan bit informasi kuantum, atau qubit, bahkan ketika komputer kuantum dihidupkan. turun.
Materi Pengubah Fase dan Memori Digital
Bahan pengubah fase telah digunakan dalam memori digital non-volatil yang tersedia secara komersial. Dalam DVD yang dapat ditulis ulang, misalnya, laser digunakan untuk memanaskan potongan kecil material yang mendingin membentuk kristal atau gumpalan amorf. Dua fase material, yang memiliki sifat optik yang sangat berbeda, digunakan untuk menyimpan bit informasi digital satu dan nol.
Dalam sebuah studi akses terbuka yang diterbitkan baru-baru ini di Komunikasi Alam, fisikawan beras Ming Yi dan lebih dari tiga lusin rekan penulis dari selusin institusi juga menunjukkan bahwa mereka dapat menggunakan panas untuk mengalihkan kristal besi, germanium, dan telurium di antara dua fase elektronik. Dalam masing-masing keadaan tersebut, pergerakan elektron yang terbatas menghasilkan keadaan kuantum yang dilindungi secara topologi. Pada akhirnya, menyimpan qubit dalam keadaan yang dilindungi secara topologi berpotensi mengurangi kesalahan terkait dekoherensi yang sering terjadi komputasi kuantum.
Fisikawan eksperimental Universitas Rice Han Wu (kiri) dan fisikawan teoretis Lei Chen bermitra dengan rekan-rekannya di lebih dari selusin lembaga penelitian dalam penemuan materi kuantum pengubah fase yang berpotensi digunakan untuk menciptakan memori non-volatil yang mampu menyimpan bit informasi kuantum , atau qubit. Wu dan Chen adalah penulis utama studi peer-review di Nature Communications tentang penelitian tersebut. Kredit: Universitas Gustavo Raskosky/Rice
Penemuan dan Eksperimen yang Mengejutkan
“Ini benar-benar mengejutkan,” kata Yi tentang penemuan tersebut. “Awalnya kami tertarik dengan material ini karena sifat magnetiknya. Namun kemudian kita akan melakukan pengukuran dan melihat satu fase ini, dan kemudian untuk pengukuran lainnya kita akan melihat fase lainnya. Secara nominal bahannya sama, tapi hasilnya jauh berbeda.”
Butuh lebih dari dua tahun dan kerja kolaboratif dengan puluhan rekan untuk menguraikan apa yang terjadi dalam eksperimen tersebut. Para peneliti menemukan beberapa sampel kristal telah mendingin lebih cepat dibandingkan sampel lainnya ketika dipanaskan sebelum percobaan.
Berbeda dengan bahan yang digunakan dalam sebagian besar teknologi memori pengubah fase, Yi dan rekannya menemukan besi-germanium-telurium paduan tidak perlu dicairkan dan dikristalisasi ulang untuk mengubah fase. Sebaliknya, mereka menemukan bahwa situs atom kosong di kisi kristal, yang dikenal sebagai kekosongan, tersusun dalam pola berbeda tergantung pada seberapa cepat kristal mendingin. Untuk beralih dari satu fase berpola ke fase lainnya, mereka menunjukkan bahwa mereka dapat dengan mudah memanaskan kembali kristal dan mendinginkannya untuk jangka waktu yang lebih lama atau lebih singkat.
Implikasi Teoritis dan Arah Masa Depan
“Jika Anda ingin mengubah urutan kekosongan suatu material, hal ini biasanya terjadi pada suhu yang jauh lebih rendah daripada yang diperlukan untuk melelehkan semuanya,” kata Yi.
Dia mengatakan hanya sedikit penelitian yang mengeksplorasi bagaimana sifat topologi material kuantum berubah sebagai respons terhadap perubahan urutan kekosongan.
“Itulah temuan kuncinya,” katanya tentang urutan lowongan yang dapat diubah. “Ide menggunakan vacancy order untuk mengontrol topologi adalah hal yang penting. Itu belum benar-benar dieksplorasi. Orang-orang pada umumnya hanya melihat material dari perspektif stoikiometri penuh, artinya segala sesuatu dipenuhi dengan serangkaian simetri tetap yang mengarah pada satu jenis topologi elektronik. Perubahan urutan kekosongan mengubah simetri kisi. Karya ini menunjukkan bagaimana hal itu dapat mengubah topologi elektronik. Dan nampaknya urutan kekosongan dapat digunakan untuk menyebabkan perubahan topologi pada material lain juga.”
Fisikawan teoretis Rice, Qimiao Si, salah satu penulis penelitian ini, berkata, “Saya merasa luar biasa bahwa rekan-rekan eksperimentalis saya dapat mengatur perubahan simetri kristal dengan cepat. Hal ini memungkinkan kapasitas peralihan teori yang benar-benar tidak terduga namun sepenuhnya diterima serta kami berupaya merancang dan mengendalikan bentuk topologi baru melalui kerja sama korelasi yang kuat dan simetri kelompok ruang.”
Referensi: “Peralihan elektronik non-volatil yang dapat dibalik dalam feromagnet van der Waals bersuhu mendekati ruangan” oleh Han Wu, Lei Chen, Paul Malinowski, Bo Gyu Jang, Qinwen Deng, Kirsty Scott, Jianwei Huang, Jacob PC Ruff, Yu He , Xiang Chen, Chaowei Hu, Ziqin Yue, Ji Seop Oh, Xiaokun Teng, Yucheng Guo, Mason Klemm, Chuqiao Shi, Yue Shi, Chandan Setty, Tyler Werner, Makoto Hashimoto, Donghui Lu, Turgut Yilmaz, Elio Vescovo, Sung-Kwan Mo, Alexei Fedorov, Jonathan D. Denlinger, Yaofeng Xie, Bin Gao, Junichiro Kono, Pengcheng Dai, Yimo Han, Xiaodong Xu, Robert J. Birgeneau, Jian-Xin Zhu, Eduardo H. da Silva Neto, Liang Wu, Jiun- Haw Chu, Qimiao Si dan Ming Yi, 28 Maret 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-46862-z
Penulis utama studi ini adalah Han Wu dan Lei Chen, keduanya dari Rice. Rekan penulis Tambahan Rice termasuk Jianwei Huang, Xiaokun Teng, Yucheng Guo, Mason Klemm, Chuqiao Shi, Chandan Setty, Yaofeng Xie, Bin Gao, Junichiro Kono, Pengcheng Dai , Yimo Han dan Si. Yi, Dai, Han, Kono, dan Si masing-masing adalah anggota Rice Quantum Initiative dan Rice Center for Quantum Materials.
Studi ini ditulis bersama oleh para peneliti dari Universitas WashingtonLaboratorium Nasional Los Alamos, Universitas Kyung Hee Korea Selatan, Universitas Pennsylvania, Universitas YaleUniversitas California Davis, Universitas Cornell, Universitas California Berkeley, Laboratorium Akselerator Nasional Pusat Akselerator Linier Stanford, Laboratorium Nasional Brookhaven, dan Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley.
Penelitian ini didukung oleh Departemen Energi (DOE) Office of Science User Facilities (DE-AC02-05CH11231, DE-AC02-76SF00515, DE-SC0012704), DOE Office of Basic Energy Sciences (DE-SC0021421, DE-SC0018197 , DE-SC0019443, DE-AC02-05-CH11231, DE-AC02-76SF00515), Inisiatif EPiQS Yayasan Gordon dan Betty Moore (GBMF9470), Yayasan Robert A. Welch (C-2175, C-1411, C-1839 , C-2065-20210327), Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara (FA9550-21-1-0356, FA9550-22-1-0449, FA9550-22-1-0410), Beasiswa Fakultas Vannevar Bush yang dikelola oleh Kantor Penelitian Angkatan Laut atas nama Kantor Penelitian Dasar Departemen Pertahanan (ONR-VB N00014-23-1-2870), Administrasi Keamanan Nuklir Nasional DOE (89233218CNA000001), Program Penelitian dan Pengembangan yang Diarahkan Laboratorium DOE (FR-20-653926 ), Kantor Penelitian Angkatan Darat (W911NF-19-1-0342), National Science Foundation (2213891, 1829070, 2100741, 2034345), Program Sloan Research Fellows dari Alfred P. Sloan Foundation, dan Pusat Mikroskop Elektron Rice.
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
