اپتیک و کوانتوم

این تیم به سرپرستی محققان آزمایشگاه ملی شتابدهنده SLAC وزارت انرژی و دانشگاه استنفورد، این روش را برای ماده ای به نام نیترید بور شش ضلعی (hBN)، یک لایه منفرد از اتم ها که در یک الگوی لانه زنبوری قرار گرفته اند با خواصی که آن را منحصر به فرد می کند، به کار بردند. دانشمندان در آزمایشات خود از نوع خاصی از نور استفاده کردند که میدان الکتریکی آن مانند یک سه پره به نظر می‌رسد تا رفتار ماده را در سطح کوانتومی در مقیاس زمانی بسیار سریع تغییر داده و کنترل کنند. نحوه پیچش موج نور همچنین به محققان اجازه می دهد تا به طور دقیق ویژگی های کوانتومی ماده را کنترل کنند (قوانینی که رفتار الکترون ها را تعیین می کنند، که برای الکتریسیته و جریان داده ضروری هستند). این توانایی برای کنترل خواص کوانتومی در صورت تقاضا می تواند راه را برای ایجاد سوئیچ های کوانتومی فوق سریع برای فناوری های آینده هموار کند.

شوبدیپ بیسواس، دانشمندی در SLAC و دانشگاه استنفورد که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «کار ما شبیه یافتن راهی جدید برای نجوا کردن با دنیای کوانتومی و واداشتن آن به افشای اسرار آن برای ما است. تکنیک‌های سنتی اغلب به نور نیاز دارند که انرژی مناسبی برای کار با یک ماده داشته باشد، محدودیتی که این رویکرد جدید هوشمندانه آن را دور می‌زند. با استفاده از نوع خاصی از نور و طراحی الگوی آن برای مطابقت با الگوی مواد، دانشمندان می‌توانند مواد را به پیکربندی‌های جدیدی تغییر دهند بدون اینکه خاصیت طبیعی آن را محدود کنند.»

بیسواس گفت: «این نور ساختاریافته فقط ماده را روشن نمی کند، بلکه به دور آن می پیچد و خواص کوانتومی آن را به گونه ای تغییر می دهد که بتوانیم آن را کنترل کنیم.» این انعطاف‌پذیری می‌تواند به این روش اجازه دهد تا برای طیف وسیعی از کاربردها کار کند و توسعه فناوری‌های جدید را آسان‌تر کند. در اصل، تیم شرایطی را ایجاد کرد که الکترون‌ها به روش‌های جدید و قابل کنترل حرکت کنند. به عنوان مثال، این می تواند منجر به توسعه سوئیچ های فوق سریع برای رایانه های کوانتومی شود که می تواند به شدت از رایانه های امروزی ما بهتر عمل کند.

ماتیاس اف. کلینگ، مدیر بخش تحقیق و توسعه در LCLS، گفت: «این فقط در مورد روشن و خاموش کردن سوئیچ نیست. "این در مورد ایجاد یک سوئیچ است که می تواند در چندین حالت به طور همزمان وجود داشته باشد، قدرت و پتانسیل دستگاه های ما را به شدت افزایش می دهد. این راه کاملاً جدیدی را برای مهندسی خواص مواد در سطح کوانتومی باز می کند. کاربردهای بالقوه گسترده و گسترده هستند. از محاسبات کوانتومی تا اشکال جدید پردازش اطلاعات کوانتومی."

Sambit Mitra et al, “Light-wave-controlled Haldane model in monolayer hexagonal boron nitride”, Nature (2024).