L'avenir de l'informatique quantique peut dépendre du développement et de la compréhension des matériaux semi-conducteurs connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition (TMDC). Ces matériaux atomiquement minces développent une électricité unique et utile, mécanique, et les propriétés optiques lorsqu'elles sont manipulées par pression, léger, ou la température.

Dans une recherche publiée aujourd'hui dans Communication Nature , ingénieurs du Rensselaer Polytechnic Institute ont démontré comment, lorsque les matériaux TMDC qu'ils fabriquent sont empilés dans une géométrie particulière, l'interaction qui se produit entre les particules donne aux chercheurs plus de contrôle sur les propriétés des appareils. Spécifiquement, l'interaction entre les électrons devient si forte qu'ils forment une nouvelle structure connue sous le nom d'état isolant corrélé. Ceci est une étape importante, les chercheurs ont dit, vers le développement d'émetteurs quantiques nécessaires à la simulation et au calcul quantiques futurs.

"Il se passe quelque chose d'excitant, " dit Sufei Shi, professeur assistant de génie chimique et biologique à Rensselaer, qui a dirigé ce travail. "L'un des degrés de liberté quantiques que nous espérons utiliser dans l'informatique quantique est amélioré lorsque cet état corrélé existe."

Une grande partie des recherches de Shi s'est concentrée sur une meilleure compréhension du potentiel de l'exciton, qui se forme lorsqu'un électron, excité par la lumière, se lie avec un trou - une version chargée positivement de l'électron. Shi et son équipe ont démontré ce phénomène dans des dispositifs TMDC constitués de couches de bisulfure de tungstène (WS 2 ) et le diséléniure de tungstène (WSe 2 ). Récemment, l'équipe a également observé la création d'un exciton intercalaire, qui se forme lorsqu'un électron et un trou existent dans deux couches de matériau différentes. L'avantage de ce type d'exciton, Shi a dit, est qu'il a une durée de vie plus longue et répond de manière plus significative à un champ électrique, ce qui donne aux chercheurs une plus grande capacité à manipuler ses propriétés.

Dans leurs dernières recherches, Shi et son équipe ont montré comment, en empilant les TMDC d'une manière particulière, ils peuvent développer un réseau appelé superréseau moiré. Imaginez deux feuilles de papier empilées l'une sur l'autre, chacun avec le même motif d'hexagones découpés. Si vous deviez changer l'angle d'un des morceaux de papier, les hexagones ne correspondraient plus parfaitement. La nouvelle formation est similaire à celle d'un super-réseau moiré.

L'avantage d'une telle géométrie, Shi a dit, est qu'il encourage les électrons et les excitons intercalaires à se lier ensemble, augmentant encore la quantité de contrôle que les chercheurs ont sur les excitons eux-mêmes. Cette découverte, Shi a dit, est une étape importante vers le développement d'émetteurs quantiques qui seront nécessaires pour la future simulation quantique et l'informatique quantique.

"Cela a essentiellement ouvert la porte à un nouveau monde. Nous voyons déjà beaucoup de choses, juste en regardant par la porte, mais nous n'avons aucune idée de ce qui va se passer si nous ouvrons la porte et entrons à l'intérieur, " dit Shi. " C'est ce que nous voulons faire, nous voulons ouvrir la porte et entrer."