Une grande partie de la technologie électronique et informatique d’aujourd’hui est basée sur une idée : ajouter des impuretés chimiques, ou des défauts, aux semi-conducteurs pour modifier leur capacité à conduire l’électricité. Ces éléments modifiés sont ensuite combinés de différentes manières pour créer les dispositifs qui forment la base de l’ordinateur numérique, transistors et diodes. En effet, d’autres technologies de l’information quantique reposent sur le même principe : l’ajout de défauts et d’atomes réels dans les matériaux peut produire des qubits, les unités de stockage d’informations essentielles de l’informatique quantique.
Gaurav Bahl, professeur de sciences mécaniques et d’ingénierie à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign et membre du Illinois Center for Quantum Information Science and Technology, explore les propriétés uniques des structures dans les matériaux d’ingénierie qui peuvent remplir la même fonction sans avoir besoin s’étendre intentionnellement. erreur. Comme indiqué par son groupe de recherche dans son article “Self-Induced Dirac Boundary State and Digitization in a Nonlinear Resonator Chain” publié dans Physical Review Letters, le métamatériau peut modifier ses propres performances en fonction de la quantité d’énergie du démarreur.
Un métamatériau est un système artificiel qui reproduit les propriétés de matériaux réels constitués d’atomes naturels. Les chercheurs en ont construit un qui a des propriétés similaires à un type spécial de semi-conducteur appelé matériau Dirac. C’était une chaîne de résonateurs magnéto-mécaniques, où les interactions magnétiques agissaient comme des liaisons entre les atomes dans un cristal unidimensionnel. Lorsqu’un de ces “atomes” était excité mécaniquement, c’est-à-dire mis en mouvement périodiquement, l’excitation se propageait au reste du cristal, comme des électrons injectés dans un semi-conducteur.
Après avoir montré que le métamatériau Dirac uniforme ne laisse pas passer les courants électriques (car les électrons ne peuvent pas traverser le semi-conducteur isolant), les chercheurs ont introduit un autre ensemble de non-linéarités dans le système. Cette nouvelle structure est plus sensible à l’excitation mécanique et peut modifier intelligemment l’énergie de résonance des atomes magnéto-mécaniques. Avec un bon choix de non-linéarité, les chercheurs ont observé une transition nette d’un comportement décroissant à un comportement croissant en fonction de la puissance d’entrée donnée.
Ce comportement surprenant est venu de la découverte d’un nouveau dispositif de limite où la quantité efficace de stimulation électrique, un élément Dirac interne invisible, a modifié le changement de signal en fonction de la quantité d’excitation. Les chercheurs ont été surpris de voir que cette frontière s’accompagnait d’un nouveau monde qui “apparaissait” à la frontière et permettait à l’énergie de se déplacer à travers la matière. Cet effet était similaire à la façon dont un atome désordonné se comporte dans un semi-conducteur.
“En photonique et en électronique”, a déclaré Bahl, “des structures non linéaires comme celle-ci peuvent être développées pour former la base de nouveaux ordinateurs qui ne reposent pas sur les techniques traditionnelles des semi-conducteurs”.
Chaque fois que nous ajoutons des états de défaut et des atomes spéciaux, nous rompons l’uniformité du matériau, ce qui peut entraîner des comportements indésirables. Cependant, les matériaux dans lesquels des états désordonnés peuvent être formés à la demande via un élément invisible, comme la masse de Dirac utilisée dans ce travail, ont des implications pour les systèmes d’information quantiques où ils promettent que des qubits peuvent être créés dynamiquement à la demande. Le prochain défi est de trouver ou de créer de vrais matériaux à base d’atomes naturels capables de produire cela.
Ces expériences ont été réalisées par l’étudiant en physique Gengming Liu en collaboration avec le Dr. Jiho Noh et l’étudiant diplômé MechSE Jianing Zhao.
Source de l’histoire :
Ressources fournies par Collège d’ingénierie Grainger de l’Université de l’Illinois. L’original a été écrit par Michael O’Boyle. Remarque : Le contenu peut être modifié en termes de format et de longueur.
