Forskere fremmer Quantum Computing &Energy Conversion Tech

(PhysOrg.com) -- Ved at bruge en unik hybrid nanostruktur, Forskere fra University of Maryland har vist en ny type lys-stof-interaktion og demonstreret også den første fulde kvantekontrol af qubit-spin inden for meget små kolloide nanostrukturer (et par nanometer), dermed et vigtigt skridt fremad i bestræbelserne på at skabe en kvantecomputer.

Udgivet i 1. juli-udgaven af Natur , deres forskning bygger på arbejde fra det samme forskerhold fra Maryland, der blev offentliggjort i marts i tidsskriftet Videnskab (3-26-10). Ifølge forfatterne og eksterne eksperter, de nye resultater fremmer yderligere løftet om disse nye nanostrukturer for kvanteberegning og for nye, mere effektivt, energigenereringsteknologier (såsom fotovoltaiske celler), såvel som for andre teknologier, der er baseret på lys-stof-interaktioner som biomarkører.

"Det virkelige gennembrud er, at vi bruger en ny teknologi fra materialevidenskab til at 'kaste lys' på lys-stof-interaktioner og relateret kvantevidenskab på måder, som vi tror vil have vigtige anvendelser på mange områder, især energikonvertering og -lagring og kvanteberegning, " sagde ledende forsker Min Ouyang, en adjunkt i afdelingen for fysik og i universitetets Maryland NanoCenter. "Faktisk, vores team anvender allerede vores nye forståelse af lys-stof-interaktioner i nanoskala og fremskridt i præcis kontrol af nanostrukturer til udviklingen af ​​en ny type solcelleceller, som vi forventer vil være væsentligt mere effektive til at omdanne lys til elektricitet end nuværende celler."

Ouyang og de andre medlemmer af University of Maryland-teamet - forsker Jiatao Zhang, og eleverne Kwan Lee og Yun Tang -- har skabt en patentanmeldt proces, der bruger kemisk termodynamik til at producere, i løsning, en bred vifte af forskellige kombinationsmaterialer, hver med en skal af strukturelt perfekt mono-krystal halvleder omkring en metalkerne. I undersøgelsen offentliggjort i denne uges Nature, forskerne brugte hybride metal/halvleder nanostrukturer udviklet gennem denne proces til eksperimentelt at demonstrere "afstembar resonanskobling" mellem en plasmon (fra metalkerne) og en exciton (fra halvlederskal), med en deraf følgende forbedring af den optiske stærke effekt. Denne effekt blev opdaget for omkring 60 år siden i undersøgelser af interaktionen mellem lys og atomer, der viste, at lys kan anvendes til at ændre atomare kvantetilstande.

"Metal-halvleder heteronanostrukturer er blevet undersøgt intenst i de sidste par år med de metalliske komponenter, der er brugt som nanoskala antenner til at koble lys meget mere effektivt ind og ud af halvleder nanoskala, lysgivere, " sagde Garnett W. Bryant, leder af Quantum Processes and Metrology Group i Atomic Physics Division af National Institute of Standards and Technology. "Den forskning ledet Min Ouyang viser, at en ny heteronanostruktur med halvlederen omkring den metalliske nanoantenne kan opnå de samme mål. Sådanne strukturer er meget enkle og meget nemmere at lave end tidligere forsøgt, åbner i høj grad op for anvendelsesmuligheder. Mest vigtigt, de har vist, at lys/stof-koblingen kan manipuleres for at opnå kohærent kvantekontrol af halvleder-nanoemitterne, et nøglekrav for kvanteinformationsbehandling, " sagde Bryant, som også er forsker i Joint Quantum Institute, et partnerskab mellem NIST og University of Maryland, der er et af verdens førende centre for kvanteforskning.

Ouyang og hans kolleger er enige om, at deres nye resultater blev muliggjort af deres krystal-metal hybrid nanostrukturer, som tilbyder en række fordele i forhold til de epitaksiale strukturer, der er brugt til tidligere arbejde. Epitaksi har været den principielle måde at skabe enkeltkrystalhalvledere og relaterede enheder. Den nye forskning fremhæver de nye muligheder i disse UM nanostrukturer, lavet med en proces, der undgår to vigtige begrænsninger af epitaksi - en grænse for aflejring af halvlederlagtykkelse og et stift krav om "gittertilpasning."

Maryland-forskerne bemærker, at ud over de forbedrede muligheder for deres hybride nanostrukturer, metoden til at fremstille dem kræver ikke et rentrumsanlæg, og materialerne behøver ikke at formes i et vakuum, som dem, der er lavet af konventionel epitaksi, gør. "Således ville det også være meget enklere og billigere for virksomheder at masseproducere produkter baseret på vores hybride nanostrukturer, " sagde Ouyang.