آشکارسازی گذار فاز کوانتومی با نانونقطه‌ها

محققانی از فرانسه معتقدند که از ابزارهای نانومقیاس می‌توان در مشاهده گذارهای فاز کوانتومی استفاده کرد. فرانک بالسترو از دانشگاه جوزف فوریه و همکارانش یک ابزار نقطه کوانتومی ساخته‌اند که می‌تواند «وخامت کوانتومی(quantum criticality)» ، را آشکارسازی ‌کند. این کشف برای پیشرفت در زمینه اسپنیترونیک مولکولی سودمند بوده و در محاسبات کوانتومی نیز کاربرد دارد

محققانی از فرانسه معتقدند که از ابزارهای نانومقیاس می‌توان در مشاهده گذارهای
فاز کوانتومی استفاده کرد. فرانک بالسترو از دانشگاه جوزف فوریه و همکارانش یک
ابزار نقطه کوانتومی ساخته‌اند که می‌تواند «وخامت کوانتومی (quantum
criticality)»، را آشکارسازی ‌کند. این کشف برای پیشرفت در زمینه اسپنیترونیک
مولکولی سودمند بوده و در محاسبات کوانتومی نیز کاربرد دارد.

این گروه فرانسوی دریافتند که می‌توان با تنظیم ساده یک ولتاژ گیت، بدون
اثرگذاری بر بار یک مولکول، به شکل الکتریکی بین دو حالتِ اسپینی متفاوتِ آن
مولکول، کلیدزنی کرد. این دو حالت حالت‌های اسپینی «یگانه» ـ که مغناطیسی نیست
ـ و‌«سه‌گانه» ـ که مغناطیسی است ـ نامیده می‌شوند. بالسترو در این خصوص
گفت:«دستیابی به چنین کنترلی بر روی خصوصیات مغناطیسی مولکول، فرصت‌های
تحقیقاتی زیادی را در حوزه اسپنیترونیک مولکولی ایجاد کرده‌است. می‌توان از
چنین ابزاری به‌عنوان یک واحد حافظه نهایی و یا در آینده به‌عنوان جزیی از
رایانه‌های کوانتومی، بهره گرفت».

یکی دیگر از نتایج جالب در این تحقیق، کارکرد مولکول‌ها به‌عنوان یک ترانزیستور
بود. حالت اسپینی سه‌گانه، جریان را به‌خوبی هدایت می کند(اثر کوندو)؛ در حالی
که حالت یگانه این اثر را ندارد؛ بنابراین در حالت سه‌گانه، «ترانزیستور
مولکولی» روشن و در حالت یگانه، خاموش است.

بالسترو اظهار داشت که این تغییر در خصوصیت مغناطیسی، شبیه به یک گذار فاز در
موادی چون آهن‌رباهای بزرگ‌مقیاس(مانند آهن) است؛ البته بر خلاف گذارهای
بزرگ‌مقیاس ـ که در دماهای بالا(۷۷۰ درجه سانتی‌گراد برای آهن) رخ می‌دهند ـ
چنین گذار فاز کوانتومی‌ای، در دماهای بسیار پایین(در صفر مطلق) اتفاق می‌افتد.

این محققان ترانزیستورهای تک مولکولی خود را از طریق لیتوگرافی
الکترونی(به‌منظور ساخت یک سیستم طلایی با طولی کوچک‌تر از ۱ میکرون) ساختند وا
مولکول‌های فولرن(کربن ۶۰) را بر روی سیستم مذکور رسوب‌دهی کردند. این لایه
مولکولی در مرحله بعد و در فرایندی با نام الکترومیگریشن، از طریق عبور یک
جریان بزرگ ـ که سیم طلایی را ذوب کرده، از میان برمی‌دارد ـ تکه‌تکه شده و
به‌صورت تک مولکول‌های کربن ۶۰ در می‌آید.

یکی از مزایای بزرگ استفاده از مولکول‌هایی چون کربن ۶۰ این است که می‌توان
شواهد وقوع گذار فاز را در دماهای معقول(کمتر از ۱۰ درجه کلوین ) مشاهده کرد؛
در حالی که اگر برای چنین مقصودی از آزمایش‌های ماده چگال استفاده شود باید به
دماهای۰/۱ کلوین رفت.

هدف بعدی این گروه ساخت ذره کوانتومی(quantum bit or qubit) با استفاده از
ابزار مولکولی مذکور است. آنها قصد دارند تا با چنین ذره‌ای، عملیات‌های
کوانتومی پایه‌ای را انجام دهند.

نتایج این بررسی در نشریه Nature به چاپ رسیده‌است.