보이지 않는 재료 특성을 사용하여 유용한 결함을 유도하는 새로운 방법을 보여줍니다.

[아름이]

보이지 않는 재료 특성을 사용하여 유용한 결함을 유도하는 새로운 방법을 보여줍니다.
날짜:
2022년 12월 22일
원천:
일리노이 대학교 그레인저 공과대학
요약:
현대 전자 및 컴퓨팅 기술의 대부분은 반도체에 화학적 불순물 또는 결함을 추가하여 전기 전도 능력을 변경한다는 한 가지 아이디어를 기반으로 합니다. 이러한 변경된 재료는 다양한 방식으로 결합되어 디지털 컴퓨팅, 트랜지스터 및 다이오드의 기반을 형성하는 장치를 생산합니다. 실제로 일부 양자 정보 기술은 유사한 원리를 기반으로 합니다. 재료 내에 결함과 특정 원자를 추가하면 양자 컴퓨팅의 기본 정보 저장 단위인 큐비트를 생성할 수 있습니다.

현대 전자 및 컴퓨팅 기술의 대부분은 반도체에 화학적 불순물 또는 결함을 추가하여 전기 전도 능력을 변경한다는 한 가지 아이디어를 기반으로 합니다. 이러한 변경된 재료는 다양한 방식으로 결합되어 디지털 컴퓨팅, 트랜지스터 및 다이오드의 기반을 형성하는 장치를 생산합니다. 실제로 일부 양자 정보 기술은 유사한 원리를 기반으로 합니다. 재료 내에 결함과 특정 원자를 추가하면 양자 컴퓨팅의 기본 정보 저장 단위인 큐비트를 생성할 수 있습니다.

University of Illinois Urbana-Champaign의 기계 과학 및 공학 교수이자 Illinois Quantum Information Sciences and Technology Center의 구성원인 Gaurav Bahl은 공학 재료의 특수한 비선형 특성이 의도적인 추가 없이 유사한 기능을 달성할 수 있는 방법을 탐구하고 있습니다. 결함. 그의 연구 그룹이 Physical Review Letters에 게재된 "Self-Induced Dirac Boundary State and Digitization in a Nonlinear Resonator Chain" 기사에서 보고한 바와 같이, 메타물질은 입력의 전력 수준에 따라 자체적으로 기능을 변경할 수 있습니다.

메타물질은 자연 원자로 만들어진 실제 물질의 거동을 복제하는 인공 시스템입니다. 연구원들은 Dirac 물질이라고 불리는 특별한 종류의 반도체와 유사한 행동을 하는 것을 구성했습니다. 그것은 자기-기계 공진기 체인으로 구성되어 있으며, 여기서 자기 상호 작용은 1차원 결정에서 원자 사이의 결합처럼 작용합니다. 이 "원자" 중 하나가 기계적으로 여기되면, 즉 주기적으로 움직이면 반도체에 전자가 주입되는 것처럼 여기가 결정의 나머지 부분으로 퍼집니다.

완전히 균일한 Dirac 메타물질이 기계적 여기를 통과하지 못한다는 것을 입증한 후(전자가 절연 반도체를 통해 흐르는 것이 금지된 것처럼) 연구원들은 시스템에 특정 비선형 세트를 도입했습니다. 이 새로운 속성은 기계적 여기 수준에 감도를 추가하고 자기-기계 원자의 공명 에너지를 미묘하게 변경할 수 있습니다. 비선형성의 올바른 선택으로 연구원들은 입력이 얼마나 강하게 제공되었는지에 따라 절연에서 전도 동작으로 급격한 전환을 관찰했습니다.

이러한 흥미로운 거동은 Dirac 재료의 보이지 않는 내부 특성인 기계적 여기의 유효 질량이 여기 수준에 따라 부호가 변경되는 새로운 경계의 자발적인 출현에서 비롯되었습니다. 연구원들은 이 경계가 경계에서 "튀어나와" 입력 에너지가 물질을 통해 전달되도록 하는 새로운 상태를 수반한다는 사실에 놀랐습니다. 이 효과는 결함 원자가 반도체 내에서 작용하는 방식과 매우 유사했습니다.

Bahl은 "포토닉스 및 전자공학에서 이와 같은 비선형 특성은 기존의 반도체 접근 방식에 의존하지 않는 새로운 계산 시스템의 기반을 형성하도록 설계될 수 있습니다."라고 말했습니다.

결함 상태와 특수 원자를 추가할 때마다 재료의 균일성을 방해하여 다른 바람직하지 않은 효과를 초래할 수 있습니다. 그러나 이 작업에 사용된 Dirac 질량과 같이 보이지 않는 속성을 통해 필요에 따라 결함 상태를 형성할 수 있는 재료는 필요한 곳에서 동적으로 생성할 수 있는 큐비트를 약속하는 양자 정보 시스템에 깊은 영향을 미칩니다. 다음 과제는 이 효과를 복제할 수 있는 천연 원자를 기반으로 하는 실제 물질을 찾거나 합성하는 것입니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/