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Ein neuer Typ Transistor verwendbar für einen Quantencomputer

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Dieses Diagramm veranschaulicht das Konzept hinter dem Anblick der MIT-Mannschaft einer neuen Art elektronisches Gerät

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Wissenschaftler benutzten Supercomputer, um eine neue Kategorie Materialien zu finden, die eine exotische Tatsache besitzen, die als der Quantendrehbeschleunigung Halleffekt bekannt ist. Die Forscher veröffentlichten ihre Resultate in der Journal Wissenschaft im Dezember 2014, wo sie einen neuen Typ Transistor gebildet von diesen Materialien vorschlagen.

Die Wissenschaftsmannschaft schloß Ju Li, Liang Fu, Xiaofeng Qian und Junwei Liu, Experten in den topologischen Phasen der Angelegenheit und der zweidimensionalen Materialforschung beim Massachusetts Institute of Technology mit ein (MIT). Sie berechneten die elektronischen Strukturen der Materialien unter Verwendung des Ansturms und Lonestar Supercomputer des Texas brachten rechnenmitte voran.

Die Computerverteilung wurde durch XSEDE, die extreme Wissenschaft und die Technik-Entdeckung-Umwelt, ein einzelnes virtuelles System, das durch die National Science Foundation (NSF) finanziert wurde dieser Wissenschaftlergebrauch, rechnenbetriebsmittel, Daten und Sachkenntnis wechselwirkend zu teilen gebildet. Die Studie wurde durch das US-Energieministerium und das NSF finanziert.

„Zu mir, mögen nationale rechnenbetriebsmittel XSEDE, oder spezifisch sind die Ansturm- und Lonestarsupercomputer, Computerwissenschaftler extrem behilflich,“ sagte Xiaofeng Qian. Im Januar 2015 verließ Qian MIT, um Universität Texas-A&M wie der erste Besitzschiene Assistenzprofessor an seiner neugeformten Abteilung der Material-Wissenschaft und der Technik zu verbinden.

Welcher Qian und Kollegen taten, war lediglich theoretische Arbeit, unter Verwendung des Ansturms für Teil der Berechnungen, die die Interaktionen der Atome in den neuen Materialien modellierten, zweidimensionale Übergangsmetalldichalcogenides (TMDC). Qian benutzte das molekulare Dynamiksimulations-Software Wien-von Anfang an Simulations-Paket, um eine Maßeinheitszelle der Atome, den Grundbaustein des Kristallgitters von TMDC zu modellieren.

„Wenn Sie die Maßeinheitszelle betrachten, ist sie nicht groß. Sie sind gerade einige Atome. Jedoch ist das Problem, dass wir die Bandstruktur der Gebührenfördermaschinen in ihren aufgeregten Zuständen in Anwesenheit der Drehbeschleunigungkoppelung so genau voraussagen müssen, wie möglich,“ Qian sagte.

_ Wissenschaftler Diagramm d elektronisch Band Struktur von Material zu zeigen d Energie erstrecken ein Elektron sein lassen, mit d Band Abstand zeigen verbieten Zone das grundlegend blockieren d Fluss von Strom. Drehbeschleunigungkoppelung erklärt die elektromagnetischen Interaktionen zwischen der Drehbeschleunigung des Elektrons und Magnetfeld, die von der Bewegung des Elektrons um den Kern erzeugt werden.

Die Kompliziertheit liegt ausführlich dieser Interaktionen, für die Qian Vielkörper Störungtheorie mit dem GW-Näherungswert, eine Entwicklungsmethode der ersten Grundregeln anwendete, um die quasiparticle elektronischen Strukturen für Elektronen und Löcher zu berechnen. Der „g“ ist für Grünfunktion kurz und „W“ für aussortierte Coulombinteraktion, Qian erklärte.

Dieses Diagramm veranschaulicht das Konzept hinter dem Anblick der MIT-Mannschaft einer neuen Art elektronisches Gerät basiert auf 2-D Materialien. Das 2-D Material ist an der Mitte eines überlagerten „Sandwiches,“ mit Schichten eines anderen Materials, Bornitrids, oben und Unterseite (gezeigt im Grau). Wenn ein elektrisches Feld am Material, über die rechteckigen Bereiche oben angewendet wird, schält es den Quantenzustand der mittleren Schicht (gelbe Bereiche). Die Grenzen von diesen „schielten“ Regionen auftreten als die vollkommenen Quantendrähte, möglicherweise führend zu den neuen elektronischen Geräten mit niedrigen Verlusten. (Gutschrift: Yan Lian, MIT.) „, zwecks diese Berechnungen durchzuführen, um angemessene Konvergenz in den Resultaten zu erreichen, müssen wir 96 Kerne verwenden, manchmal sogar,“ sagte Qian. „Und dann benötigen wir sie 24 Stunden lang. Der Ansturmcomputer ist sehr leistungsfähig und leistungsfähig. Die Arbeit, die wir Vertretung gewesen sind, ist nicht gerade ein Material; wir haben einige andere Materialien sowie verschiedene Bedingungen. In diesem Sinne ist Zugang zu den Betriebsmitteln, besonders Ansturm, sehr nützlich zu unserem Projekt.“

Die große Abbildung für Qian und seine Kollegen ist die Jagd für neue Arten der Materialien mit außerordentlich nützlichen Eigenschaften. Ihr Ziel ist Raumtemperaturquantendrehbeschleunigung Hall-Isolierungen, die im Allgemeinen nah-zwei-Maßmaterialien sind-, die gegenwärtigen Fluss überall ausgenommen entlang ihre Ränder blockieren. „Entlang den Rändern haben Sie die so genannte Drehbeschleunigung herauf Elektronfluß in einer Richtung, und gleichzeitig haben Sie Drehbeschleunigung niederwerfen Elektronen und Flüsse weg in die entgegengesetzte Richtung,“ Qian erklärten. „Im Allgemeinen, können Sie dich vorstellen, indem Sie die Einspritzung der Gebührenfördermaschinen steuern, kann man mit spintronics oder Elektronik aufkommen.“

Die Wissenschaftler in dieser Arbeit schlugen einen topologischen Feldwirkungtransistor vor, hergestellt von den Blättern des sechseckigen Bors verschachtelt mit Blättern von TMDC. „Wir fanden eine sehr bequeme Methode, um den topologischen Phasenübergang in diesen Quantendrehbeschleunigung Hall-Zwischenlagen zu steuern,“ sagte Qian. „Dieses ist sehr wichtig, weil, sobald wir diese Fähigkeit haben, zum des Phasenüberganges zu steuern, wir einige elektronische Geräte entwerfen können, die durch elektrische Felder leicht gesteuert werden können.“

Qian betonte, dass diese Arbeit den theoretischen Boden für zukünftige reale Experimente im Labor legt. Er hofft, dass sie zu einem tatsächlichen Transistor sich entwickeln konnte, der für einen Quantencomputer, im Allgemeinen eine wie-schon-nicht verwirklichte Maschine verwendbar ist, die Daten über gerade der Zweiheit von einen und von null hinaus manipuliert.

„Bis jetzt, haben wir nicht in die ausführlichen Anwendungen nach Quantennoch rechnen gesucht,“ sagte Qian. „Jedoch, aufzukommen ist möglich, diese Materialien mit Supraleitern zu kombinieren und mit dem so genannten Modus des Majorana Fermion null für die Quantendatenverarbeitung.“