ما هو بين الجرافين والحوسبة الكمومية؟

تشير دراسة جديدة لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) إلى اتجاه جديد في مجال العوازل الطوبولوجية، وعلى الرغم من أنهم لا يعرفون إلى أين ستؤدي، إلا أنهم يشيرون إلى أن هذه التطورات يمكن أن تمهد الطريق لإمكانيات واعدة لتطوير الأجهزة الإلكترونية المبتكرة.

وفقا لدراسة نشرها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) الأسبوع الماضي، يمكن أن تحتوي مادة الجرافين على حالات إلكترونية كمومية متغيرة على طول حوافها بفضل انتقائية الدوران التي لم يعرفها الباحثون من قبل.

ويمكن استخدام مادة الجرافين الكربونية ثنائية الأبعاد بهذه الطريقة الجديدة لاكتشاف خصائص غير متوقعة وتطبيقات جديدة فيها. تُظهر الدراسة الجديدة، التي نُشرت في مجلة Nature العلمية المرموقة، أن الجرافين يمكن أن يقدم أيضًا، في ظل الظروف القاسية، فوائد إضافية، بما في ذلك الاستخدامات الغريبة مثل الحوسبة الكمومية.

ويمكن أن يؤدي هذا الاكتشاف، في نهاية مسار بحثي طويل، إلى تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية، وفقًا لأحد الباحثين، على الرغم من أن الظروف القاسية المطلوبة لذلك ستتطلب استخدام معدات متقدمة للغاية لمهام الحوسبة ذات الأولوية العالية، مثل المختبرات الوطنية.

في هذه الدراسة، وضع العلماء مادة الجرافين في مجال مغناطيسي قوي للغاية وفي درجات حرارة منخفضة للغاية وتمكنوا من التحكم في اتجاه دوران الإلكترون، مما سمح للمادة بإزالة هذه الإلكترونات - وهي مهمة لا تستطيع الأنظمة الإلكترونية العادية القيام بها كي يؤدي.

وجد الباحثون أنه إذا تم تطبيق مجال مغناطيسي قوي على الجرافين، فإن سلوكه يتغير بحيث يمكن للإلكترونات أن تتحرك حول حافته الموصلة - إما في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. في الظروف العادية، يتقدم التيار الكهربائي فقط على حواف الجرافين، بينما يظل الجزء الداخلي معزولًا. ويتحرك هذا التيار في اتجاه واحد حسب النتيجة الكمية لهول.

يتم استخدام مادة الجرافين نفسها لمجموعة متنوعة من الأغراض المختلفة. ومع ذلك، من خلال تغيير المجال المغناطيسي، وجد الباحثون أنهم قادرون على تشغيل وإيقاف الحالة الإلكترونية للمادة (على طول حوافها)، وهذا يعني - من حيث المبدأ، يمكن إنشاء دوائر كهربائية وترانزستورات من هذا النظام. لم يتم رؤية مثل هذه الآلية في المواد العادية من قبل. علاوة على ذلك، فإن انتقائية السبين تمنع التداخل في حركة الإلكترونات طالما أن اللغات موحدة.

وفقًا للباحثين، تم التنبؤ بسلوك أسطح الجرافين هذه، لكن لم تتم ملاحظتها مطلقًا في الممارسة العملية. وهكذا، ولأول مرة على الإطلاق، تمت ملاحظة سلوك انتقائية الدوران في ورقة واحدة من الجرافين، وكانت أيضًا المرة الأولى على الإطلاق التي يتم فيها الكشف عن إمكانية التبديل بين هذه الحالات المختلفة.

ووفقا للعلماء، فإن البحث الجديد يمثل اتجاها جديدا في مجال العوازل الطوبولوجية، وعلى الرغم من أنهم لا يعرفون إلى أين سيقودهم، إلا أنهم يشيرون إلى أن هذه التطورات يمكن أن تمهد الطريق لإمكانيات واعدة لتطوير الأجهزة الإلكترونية المبتكرة. بالإضافة إلى ذلك، يعتقدون أن عملهم يمكن أن يربط فيزياء العوازل الطوبولوجية بفيزياء الجرافين.

أخبار الدراسة