Il futuro dell'informatica quantistica potrebbe dipendere dall'ulteriore sviluppo e comprensione dei materiali semiconduttori noti come dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC). Questi materiali atomicamente sottili sviluppano componenti elettrici unici e utili, meccanico, e proprietà ottiche quando sono manipolati dalla pressione, leggero, o temperatura.

Nella ricerca pubblicata oggi in Comunicazioni sulla natura , ingegneri del Rensselaer Polytechnic Institute hanno dimostrato come, quando i materiali TMDC che producono sono impilati in una particolare geometria, l'interazione che si verifica tra le particelle offre ai ricercatori un maggiore controllo sulle proprietà dei dispositivi. Nello specifico, l'interazione tra gli elettroni diventa così forte da formare una nuova struttura nota come stato isolante correlato. Questo è un passo importante, ricercatori hanno detto, verso lo sviluppo di emettitori quantistici necessari per la simulazione e il calcolo quantistici futuri.

"C'è qualcosa di eccitante in corso, " disse Sufei Shi, un assistente professore di ingegneria chimica e biologica a Rensselaer, che ha condotto questo lavoro. "Uno dei gradi di libertà quantistica che speriamo di utilizzare nell'informatica quantistica viene potenziato quando esiste questo stato correlato".

Gran parte della ricerca di Shi si è concentrata sull'acquisizione di una migliore comprensione del potenziale dell'eccitone, che si forma quando un elettrone, eccitato dalla luce, legami con un buco, una versione caricata positivamente dell'elettrone. Shi e il suo team hanno dimostrato questo fenomeno nei dispositivi TMDC costituiti da strati di disolfuro di tungsteno (WS ₂ ) e diseleniuro di tungsteno (WSe ₂ ). Recentemente, il team ha anche osservato la creazione di un eccitone intercalare, che si forma quando un elettrone e una lacuna esistono in due diversi strati di materiale. Il vantaggio di questo tipo di eccitone, Shi ha detto, è che ha una vita più lunga e risponde in modo più significativo a un campo elettrico, dando ai ricercatori una maggiore capacità di manipolare le sue proprietà.

Nella loro ultima ricerca, Shi e il suo team hanno mostrato come, impilando i TMDC in un modo particolare, possono sviluppare un reticolo noto come superreticolo moiré. Immagina due fogli di carta impilati uno sopra l'altro, ciascuno con lo stesso modello di esagoni ritagliati. Se dovessi spostare l'angolo di uno dei pezzi di carta, gli esagoni non combaciavano più perfettamente. La nuova formazione è simile a quella di un superreticolo moiré.

Il vantaggio di una tale geometria, Shi ha detto, è che incoraggia gli elettroni e gli eccitoni interstrato a legarsi insieme, aumentando ulteriormente la quantità di controllo che i ricercatori hanno sugli eccitoni stessi. Questa scoperta, Shi ha detto, è un passo importante verso lo sviluppo di emettitori quantistici che saranno necessari per la futura simulazione quantistica e calcolo quantistico.

"Essenzialmente ha aperto le porte a un nuovo mondo. Vediamo già molte cose, solo sbirciando dalla porta, ma non abbiamo idea di cosa accadrà se apriamo la porta ed entriamo, " Shi ha detto. "Questo è quello che vogliamo fare, vogliamo aprire la porta ed entrare".