石墨烯纳米带中的量子链

现在，实验室已经成功地通过特定地改变其形状来精确调整色带的特性。该技术的特别之处在于，不仅可以改变上述“常规”电子特性，还可以用于生成特定的局部量子态。

那是什么呢？如果窄的石墨烯纳米带的宽度发生变化（在这种情况下从7个变为9个原子），则会在过渡处创建一个特殊区域：因为这两个区域的电子特性以特殊的所谓拓扑方式不同，即“受保护的” ”，因此在过渡区中产生了非常强大的新量子态。这种局部电子量子态现在可以用作生产定制的半导体，金属或绝缘体的基本组件，甚至可以用作量子计算机中的组件。

在奥利弗·格罗宁（OliverGröning）领导下的Empa研究人员能够证明，如果这些色带是用不同宽度的规则交替区域构建的，则无数次跃迁会形成具有自身电子结构的相互链接的量子态链。令人兴奋的是，链的电子特性根据不同片段的宽度而变化。这使它们可以进行微调-从导体到带隙不同的半导体。该原理可应用于许多不同类型的过渡区，例如，从七个到十一个原子。

格罗宁说：“加利福尼亚大学伯克利分校的一个研究小组独立于我们而取得了类似的结果，也突显了这一发展的重要性。” 美国研究小组的工作已发表在同一期的“ 自然”杂志上。

在纳米电子学的道路上

基于这些新颖的量子链，将来可以制造出精确的纳米晶体管，这是通往纳米电子学的基础性步骤。纳米晶体管的“ 1”状态和“ 0”状态之间的切换距离是否足够大实际上取决于半导体的带隙，而采用新方法，几乎​​可以随意设置。

但是实际上，这并不是那么简单：要使链具有所需的电子特性，数百个甚至数千个原子中的每个原子都必须位于正确的位置。Empa研究人员Gröning说：“这是基于复杂的跨学科研究。” “来自杜本道夫，美因茨，德累斯顿和特洛伊（美国）不同学科的研究人员一起工作-从理论上的理解和对如何构建前体分子以及如何选择性地生长表面结构到使用结构分析和电子分析的特定知识进行了了解扫描隧道显微镜。”

量子领域之旅

超小型晶体管-以及进一步使电子电路小型化的下一步-在这里是显而易见的应用可能性：尽管它们在技术上具有挑战性，但基于纳米晶体管的电子实际上在本质上与当今的微电子相同。Empa研究人员生产的半导体纳米带将使沟道横截面的晶体管比当今通常制造的晶体管小1,000倍。但是，例如在自旋电子学或什至量子信息学领域中，也可以想象其他可能性。

这是因为不同宽度的石墨烯纳米带的交界处的电子量子态也可以携带磁矩。这可能使处理信息的方式不再像以前那样收费，而是通过所谓的自旋-在图形意义上说是状态的“旋转方向”。而且开发甚至可以更进一步。“我们已经观察到拓扑结束状态出现在某些量子链的末端。这提供了将它们用作所谓的量子位的元素的可能性-量子计算机中复杂的，互锁的状态，” OliverGröning解释说。

但是，今天和明天，都没有使用纳米带构建量子计算机的工作，仍然需要进行大量研究，格罗宁说：“通过个别量子态的有针对性组合灵活地调节电子性能的可能性对我们来说是一个重大飞跃用于超小型晶体管的新材料的生产。” 这些材料在环境条件下稳定的事实在未来应用的开发中起着重要作用。Gröning继续说：“这些链产生局部量子态并将它们有针对性地连接在一起的深远潜力也令人着迷。” “但是，这种潜力是否可以真正用于未来的量子计算机，还有待观察。