{{{sourceTextContent.title}}}

Un nuevo tipo de transistor conveniente para una computadora del quántum

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Este diagrama ilustra el concepto detrás de la visión del equipo del MIT de una nueva clase de dispositivo electrónico

{{{sourceTextContent.description}}}

Los científicos utilizaron los superordenadores para encontrar una nueva clase de materiales que poseen declaraciones exóticas conocidas como el Hall effect de la vuelta del quántum. Los investigadores publicaron sus resultados en la ciencia del diario en diciembre de 2014, donde proponen un nuevo tipo de transistor hecho de estos materiales.

El equipo de la ciencia incluyó Ju Li, Liang Fu, Xiaofeng Qian, y Junwei Liu, expertos en fases topológicas de materia y de investigación de dos dimensiones de los materiales en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). Calculaban las estructuras electrónicas de los materiales usando la precipitación y los superordenadores de Lonestar del Tejas avanzaron el centro de cómputo.

La asignación de cómputo fue hecha con XSEDE, la ciencia y el ambiente extremo del descubrimiento de la ingeniería, un solo sistema virtual financiado por el National Science Foundation (NSF) ese uso de los científicos de compartir recíprocamente recursos, datos y maestría de computación. El estudio fue financiado por el Ministerio de los E.E.U.U. de Energía y NSF.

“A mí, los recursos de computación nacionales tienen gusto de XSEDE, o específicamente los superordenadores de la precipitación y de Lonestar, son extremadamente provechosos a los científicos de cómputo,” Xiaofeng Qian dijo. En enero de 2015, Qian salió del MIT para ensamblar la universidad de Tejas A&M como el primer profesor adjunto de la arrendamiento-pista en su departamento recién formado de ciencia material y de ingeniería.

Lo hicieron qué Qian y colegas era trabajo puramente teórico, usando la precipitación para la parte de los cálculos que modelaron las interacciones de átomos en los materiales nuevos, los dichalcogenides de dos dimensiones del metal de transición (TMDC). Qian utilizó el paquete molecular de la simulación de Viena del software de simulación de la dinámica ab initio para modelar una célula de unidad de átomos, el bloque hueco básico del enrejado cristalino de TMDC.

“Si usted mira la célula de unidad, no es grande. Son apenas algunos átomos. Sin embargo, el problema es que necesitamos predecir la estructura de venda de ondas portadoras en sus estados emocionados en presencia del acoplador de la vuelta tan exactamente como sea posible,” Qian dijo.

El diagrama de los científicos la estructura de venda electrónica de los materiales para demostrar la energía se extiende un electrón se permite, con el boquete de venda demostrando las zonas prohibidas que bloquean básicamente el flujo de corriente. El acoplador de la vuelta explica las interacciones electromágneticas entre la vuelta del electrón y el campo magnético generados del movimiento del electrón alrededor del núcleo.

La complejidad miente en los detalles de estas interacciones, para las cuales Qian aplicó teoría de perturbación del mucho-cuerpo con la aproximación del GW, un método avanzado de los primeros principios, para calcular las estructuras electrónicas del quasiparticle para los electrones y los agujeros. El “g” es corto para la función de Green y “W” para la interacción defendida del culombio, Qian explicó.

Este diagrama ilustra el concepto detrás de la visión del equipo del MIT de una nueva clase de dispositivo electrónico basada en los 2.os materiales. El 2.o material está en el centro de un “emparedado acodado,” con capas de otro material, nitruro del boro, en la parte superior y parte inferior (demostrada en gris). Cuando un campo eléctrico se aplica al material, por las áreas rectangulares en la parte superior, cambia el estado de quántum de la capa media (áreas amarillas). Los límites de éstos “cambiaron” regiones actúan como alambres perfectos del quántum, potencialmente principales a los nuevos dispositivos electrónicos con pérdidas bajas. (Crédito: Yan Lian, MIT.) “Para realizar estos cálculos para obtener convergencia razonable en los resultados, tenemos que utilizar 96 corazones, a veces aún más,” Qian dijo. “Y entonces los necesitamos por 24 horas. La computadora de la precipitación es muy eficiente y de gran alcance. El trabajo que hemos sido demostración no es apenas un material; tenemos varios otros materiales así como diversas condiciones. En este sentido, el acceso a los recursos, especialmente precipitación, es muy provechoso a nuestro proyecto.”

El cuadro grande para Qian y sus colegas es la caza para las nuevas clases de materiales con las características extraordinario útiles. Su blanco es los aisladores de Pasillo de la vuelta del quántum de la temperatura ambiente, que son los materiales básicamente cercano-dos-dimensionales que bloquean flujo actual por todas partes excepto a lo largo de sus bordes. “A lo largo de los bordes usted tiene la vuelta supuesta encima del flujo del electrón en una dirección, y al mismo tiempo usted tiene vuelta traga electrones y los flujos lejos en la dirección opuesta,” Qian explicaron. “Básicamente, usted puede imaginarse, controlando la inyección de ondas portadoras, una puede subir con spintronics, o electrónica.”

Los científicos en este trabajo propusieron un transistor topológico del efecto de campo, hecho de las hojas del boro hexagonal entrelazadas con las hojas de TMDC. “Encontramos un método muy conveniente para controlar la transición de fase topológica en estas capas intermediarias de Pasillo de la vuelta del quántum,” Qian dijo. “Esto es muy importante porque una vez que tenemos esta capacidad para controlar la transición de fase, podemos diseñar algunos dispositivos electrónicos que se puedan controlar fácilmente a través de campos eléctricos.”

Qian tensionó que este trabajo pone la tierra teórica para los experimentos verdaderos futuros en el laboratorio. Él espera que puede ser que se convierta en un transistor real conveniente para una computadora del quántum, básicamente una máquina como-todavía-sin realizar que manipula datos más allá apenas del binario de unos y de ceros.

“Hasta ahora, no hemos mirado en los usos detallados para la computación de quántum todavía,” Qian dijo. “Sin embargo, es posible combinar estos materiales con los superconductores y subir con el modo supuesto del fermio cero del Majorana para la computación de quántum.”