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GRAPHENE-INSPIRED NANO-SIMULATORS: A WINDOW OVER THE QUANTUM WORLD

Categoria // Graphene, Basic Research and Funding

A cooperation between the Nest lab of the Nanosciences Institute of the NRC and the Columbia University gave life to a prototype simulator reproducing the structure of graphene and paving the way for a new class of nanodevices capable to investigate the quantum world. The study was published in Science.

Nano-simulatori ispirati al grafene per studiare i fenomeni quantistici
Nano-simulatori ispirati al grafene per studiare i fenomeni quantistici

Physicists use special ad hoc simulators to investigate quantum phenomena, which describe the behaviour of matter and of electromagnetic radiation on a very small scale – smaller than the atom or than energies in the scale of interatomic interactions. Such devices allow to analyze mechanisms that are impossible to calculate in real-life conditions.

Therefore, in order to account for the special behaviour of electrons in a lattice of graphene, a material with surprising electronic properties, researchers at the Nanosciences Institute of the National Research Council (Nano-NRC) and at the Columbia University, in cooperation with the Universities of Nimega, Missouri, and Princeton, created a nanodevice inside a semiconductor crystal of gallium arsenide, which exactly reproduces the structure of a layer of graphene.

This artificial device allowed the scientists to pilot the change of certain key parameters and analyze the interactions among electrons.

“Phenomena like high-temperature superconductivity, certain types of ferromagnetism, and ‘exotic’ states of matter, such as the spin liquids, are the result of mutual quantum interactions among electrons,” explains Marco Polini, of the Nest lab and Scuola Normale Superiore of Pisa, who carried out the research published in Science alongside his colleague Vittorio Pellegrini and Aron Pinczuk of the Columbia University. “Calculating exactly the behaviour of such complex systems is impossible also for the most powerful and dedicated computers. Quantum simulators allow to overcome this barrier by imitating the “incalculable” quantum system with an artificial and controllable one reproducing its dynamics.”

The first testing phase yielded promising results. Now the researchers intend to develop the potentials of the device even further to explore new quantum statuses that could allow future applications in the field of advanced information processing or encryption, among others.

The Editorial Staff
Published on Thursday, January 17, 2013

La Redazione

Pubblicato:

Giovedì, 17 Gennaio 2013

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