Nyt nanomateriale til kvanteelektronik

Et internationalt team ledet af adjunkt Kasper Steen Pedersen, DTU Kemi, har syntetiseret et nyt nanomateriale med elektriske og magnetiske egenskaber, hvilket gør det velegnet til fremtidige kvantecomputere og andre applikationer inden for elektronik.

Chrom-chlorid-pyrazin (kemisk formel CrCl ₂ (pyrazin) ₂ ) er et lagdelt materiale, som er en forløber for et såkaldt 2-D materiale. I princippet, et 2-D materiale har en tykkelse på kun et enkelt molekyle, og dette fører ofte til egenskaber, der er meget forskellige fra det samme materiale i en normal 3D-version; ikke mindst hvoraf, de elektriske egenskaber vil variere. I et 3D-materiale, elektroner er i stand til at tage enhver retning, i et 2-D-materiale vil de være begrænset til at bevæge sig vandret-så længe elektronens bølgelængde er længere end tykkelsen af ​​2-D-laget.

Organisk/uorganisk hybrid

Graphene er det mest kendte 2-D materiale. Graphen består af carbonatomer i en gitterstruktur, hvilket giver sin bemærkelsesværdige styrke. Siden den første syntese af grafen i 2004, hundredvis af andre 2-D materialer er blevet syntetiseret, hvoraf nogle kan være kandidater til kvanteelektronikapplikationer. Imidlertid, det nye materiale er baseret på et meget anderledes koncept. Mens de andre kandidater alle er uorganiske-ligesom grafen-er chrom-chlorid-pyrazin et organisk/uorganisk hybridmateriale.

"Materialet markerer en ny type kemi, hvor vi er i stand til at udskifte forskellige byggesten i materialet og derved ændre dets fysiske og kemiske egenskaber. Dette kan ikke gøres i grafen. For eksempel, man kan ikke vælge at erstatte halvdelen af ​​carbonatomerne i grafen med en anden slags atom. Vores tilgang gør det muligt at designe ejendomme meget mere præcist end kendt i andre 2-D materialer, ”Forklarer Kasper Steen Pedersen.

Udover de elektriske egenskaber, også de magnetiske egenskaber i Chrom-Chloride-Pyrazine kan designes nøjagtigt. Dette er især relevant i forhold til "spintronics".

"Mens jeg var i normal elektronik, kun ladningen af ​​elektronerne udnyttes, Men også elektron -spin - som er en kvantemekanisk egenskab - bruges i spintronik. Dette er yderst interessant for kvanteberegningsapplikationer. Derfor, udvikling af nanoskala materialer, der både er ledende og magnetiske, er mest relevant, ”Noterer Kasper Steen Pedersen.

En ny verden af ​​2-D materialer

Udover quantum computing, chrom-chlorid-pyrazin kan være af interesse for fremtidige superledere, katalysatorer, batterier, brændstofceller, og elektronik generelt.

Virksomheder er ikke ivrige efter at begynde at producere materialet med det samme, forskeren understreger:"Ikke endnu, i det mindste! Dette er stadig grundforskning. Da vi foreslår et materiale syntetiseret fra en helt ny tilgang, en række spørgsmål forbliver ubesvarede. For eksempel, vi er endnu ikke i stand til at bestemme materialets stabilitet i forskellige applikationer. Imidlertid, selvom chrom-chlorid-pyrazin af en eller anden grund skulle vise sig uegnet til de forskellige mulige anvendelser, de nye principper bag dens syntese vil stadig være relevante. Dette er døren til en ny verden af ​​mere avancerede 2-D-materialer, der åbner sig. "