Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Teknologi

Memetakan struktur kuantum dengan cahaya untuk membuka kemampuan mereka – ScienceDaily


Alat baru yang menggunakan cahaya untuk memetakan struktur elektronik kristal dapat mengungkapkan kemampuan material kuantum yang muncul dan membuka jalan bagi teknologi energi canggih dan komputer kuantum, menurut para peneliti di Universitas Michigan, Universitas Regensburg dan Universitas Marburg .

Makalah tentang karya tersebut diterbitkan di Ilmu.

Aplikasi termasuk lampu LED, sel surya dan fotosintesis buatan.

“Materi kuantum dapat berdampak jauh melampaui komputasi kuantum,” kata Mackillo Kira, profesor teknik kelistrikan dan ilmu komputer di Universitas Michigan, yang memimpin sisi teori studi baru tersebut. “Jika Anda mengoptimalkan properti kuantum dengan benar, Anda bisa mendapatkan efisiensi 100% untuk penyerapan cahaya.”

Sel surya berbasis silikon sudah menjadi bentuk listrik termurah, meskipun efisiensi konversi sinar matahari menjadi listrik agak rendah, sekitar 30%. Semikonduktor “2D” yang muncul, yang terdiri dari satu lapisan kristal, dapat melakukannya jauh lebih baik – berpotensi menggunakan hingga 100% sinar matahari. Mereka juga dapat meningkatkan komputasi kuantum ke suhu kamar dari mesin mendekati nol mutlak yang ditunjukkan sejauh ini.

“Materi kuantum baru sekarang ditemukan pada kecepatan yang lebih cepat dari sebelumnya,” kata Rupert Huber, profesor fisika di Universitas Regensburg di Jerman, yang memimpin pekerjaan eksperimental. “Dengan hanya menumpuk lapisan seperti itu satu di atas yang lain di bawah sudut putar variabel, dan dengan berbagai pilihan bahan, para ilmuwan sekarang dapat membuat padatan buatan dengan sifat yang benar-benar belum pernah terjadi sebelumnya.”

Kemampuan untuk memetakan sifat-sifat ini ke atom dapat membantu merampingkan proses perancangan material dengan struktur kuantum yang tepat. Tapi bahan ultrathin ini jauh lebih kecil dan lebih berantakan daripada kristal sebelumnya, dan metode analisis lama tidak berhasil. Sekarang, material 2D dapat diukur dengan metode berbasis laser baru pada suhu dan tekanan kamar.

Operasi terukur mencakup proses yang merupakan kunci untuk sel surya, laser, dan komputasi kuantum yang digerakkan secara optik. Pada dasarnya, elektron muncul di antara “keadaan dasar”, di mana mereka tidak dapat melakukan perjalanan, dan keadaan di “pita konduksi” semikonduktor, di mana mereka bebas bergerak melalui ruang angkasa. Mereka melakukan ini dengan menyerap dan memancarkan cahaya.

Metode pemetaan kuantum menggunakan pulsa sinar laser merah 100 femtosecond (100 kuadriliun detik) untuk mengeluarkan elektron dari keadaan dasar dan masuk ke pita konduksi. Selanjutnya elektron dipukul dengan pulsa kedua dari cahaya inframerah. Ini mendorong mereka sehingga mereka terombang-ambing ke atas dan ke bawah sebuah “lembah” energi di pita konduksi, sedikit seperti pemain skateboard di halfpipe.

Tim menggunakan sifat gelombang / partikel ganda elektron untuk membuat pola gelombang berdiri yang terlihat seperti sisir. Mereka menemukan bahwa ketika puncak sisir elektron ini tumpang tindih dengan struktur pita material – struktur kuantumnya – elektron memancarkan cahaya secara intens. Emisi cahaya yang kuat itu, dengan lebar garis sisir yang sempit, membantu menciptakan gambar yang begitu tajam sehingga peneliti menyebutnya resolusi super.

Dengan menggabungkan informasi lokasi yang tepat dengan frekuensi cahaya, tim dapat memetakan struktur pita dari semikonduktor tungsten diselenide 2D. Tidak hanya itu, mereka juga bisa membaca momentum sudut orbital setiap elektron melalui bagian depan gelombang cahaya yang berputar di ruang angkasa. Memanipulasi momentum sudut orbital elektron, yang juga dikenal sebagai pseudospin, adalah cara yang menjanjikan untuk menyimpan dan memproses informasi kuantum.

Dalam tungsten diselenida, momentum sudut orbital mengidentifikasi yang mana dari dua “lembah” berbeda yang ditempati elektron. Pesan yang dikirim elektron dapat menunjukkan kepada para peneliti tidak hanya di lembah mana elektron itu berada, tetapi juga seperti apa lanskap lembah itu dan seberapa jauh jarak lembah-lembah tersebut, yang merupakan elemen kunci yang diperlukan untuk merancang perangkat kuantum berbasis semikonduktor baru. .

Misalnya, ketika tim menggunakan laser untuk mendorong elektron ke atas sisi satu lembah hingga jatuh ke lembah lainnya, elektron juga memancarkan cahaya pada titik jatuh tersebut. Cahaya itu memberi petunjuk tentang kedalaman lembah dan ketinggian punggungan di antara keduanya. Dengan jenis informasi ini, para peneliti dapat mengetahui bagaimana bahan tersebut akan digunakan untuk berbagai tujuan.

Makalah tersebut berjudul, “Super-resolution lightwave tomography of electronic bands in quantum materials.” Penelitian ini didanai oleh Kantor Riset Angkatan Darat, Yayasan Riset Jerman, dan Program Riset Langit Biru Fakultas Teknik UM.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney