一种新的二维量子比特

两种材料组成的单原子层和扫描隧道显微镜的尖端–这些成分来创造一种所谓的“量子点”。这些极小的纳米结构可以通过微调它们的能级直接控制单个电子。这种装置是现代量子技术的关键。

这种新技术的理论模拟，在涂维恩Florian Libisch教授和Joachim Burgd教授öRFER表演团队。实验组的Markus Morgenstern教授在亚琛工业大学和诺贝尔奖获得者安德烈·海姆和Kostya Novoselov的曼彻斯特队的人准备的样品。研究结果现已发表在《自然纳米技术》上；

调谐电子能量

“在量子技术需要在许多应用领域；量子系统被电子占据两州–相似或关闭一个经典的开关–，与不同的量子物理学也可以任意叠加的开启和关闭状态”解释在TU Wien从理论物理研究所Florian Libisch。

这种系统的一个关键特性是这两个量子态之间的能量差：“有效地操纵存储在电子量子态中的信息，需要对系统参数进行完美的控制。一个理想的系统可连续调谐的能量差从零到一个大的价值，”Libisch说。

对于自然界中发现的系统——例如原子——通常很难实现。原子态的能量，因此它们的差异，是固定的。在限制电子的合成纳米结构中，调谐能量成为可能。这种结构通常被称为量子点或“人造原子”；

两种超薄材料：石墨烯和六方氮化硼

TU Wien的国际研究团队，亚琛工业大学和曼彻斯特大学现成功开发更准确的新型量子点允许和限制电子可调谐能量水平比以前。这一进展是由两种非常特殊的材料结合而成的：石墨烯，导电的单原子碳层，六方氮化硼，也有一层与石墨烯非常相似的材料，除了绝缘。

和石墨烯一样，氮化硼也形成蜂窝状晶格。“在石墨和六方氮化硼的蜂巢，但不完全相同大小的”Florian Libisch解释。如果你仔细地把一层石墨烯放在六方氮化硼上，这些层就无法完全匹配。这种微小的不匹配创造了一个超结构的距离超过几纳米，这导致一个非常规则的波浪状空间振荡的石墨烯层的完美平面。

在TU Wien显示仿真结果，正是这些振荡在石墨烯六方氮化硼的形式来控制电子能量的理想的支架。常规上层建筑创造的潜在景观允许精确地放置量子点，甚至可以连续移动，从而平滑地改变其性质。根据扫描隧道显微镜尖端的精确位置，量子点内部电子态的能级变化。“由几纳米的转变使得相邻两能级的能量差变化从负五到正十的高精度–调谐范围可能比以前大五十倍左右millielectronvolts，解释Florian Libisch。

对“valleytronics”

下一步，了尖端的扫描隧道显微镜可以通过一系列的电子门替换。这将允许利用量子点态的石墨烯六方氮化硼可扩展量子技术如“valleytronics”。

“这个新兴的领域，很快成为关注的中心”，评论Florian Libisch。„有多种潜在的技术应用这些原子薄的材料–这也是为什么涂维恩也最近成立了一个特别的博士学院集中在二维材料。”

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