将来のエレクトロニクス技術は、ユニークな材料の発見にかかっています。ただし、場合によっては、自然に形成された原子のトポロジーにより、新しい物理的効果を生み出すことが困難になることがあります。この問題を解決するために、チューリッヒ大学の科学者たちは、超伝導体を一度に 1 原子ずつ工学的に作製し、新しい物質状態を作り出すことに成功しました。
未来のコンピューターはどのようなものになるでしょうか?どうやって機能するのでしょうか？これらの質問に対する答えを見つけることは、基礎物理学研究の主要な推進力です。古典エレクトロニクスのさらなる発展からニューロモーフィック コンピューティングや量子コンピューターに至るまで、いくつかのシナリオが考えられます。
これらすべてのアプローチに共通するのは、それらが新しい物理的効果に基づいているということであり、その一部はこれまで理論的にのみ予測されていました。研究者たちは、この効果を生み出すために、最先端の装置を使用して新しい量子材料を見つけるために精力的に取り組んでいます。しかし、自然に発生する適切な材料がない場合はどうなるでしょうか?
Nature Physics に掲載された最近の研究では、UZH 教授のタイタス・ノイパートの研究グループが、ドイツのハレにあるマックス・プランク微細構造物理学研究所の物理学者と緊密に協力して、考えられる解決策を提案しました。研究者は必要な材料を原子ごとに自分たちで作成します。
彼らの研究は新しい超伝導体に焦点を当てており、低温では抵抗がゼロであるため特に興味深いものです。 「理想磁石」とも呼ばれる超伝導体は、磁場との並外れた相互作用により、多くの量子コンピューターで使用されています。理論物理学者は、さまざまな超伝導状態の研究と予測に何年も費やしてきました。 「しかし、これまでのところ、物質中で超伝導状態が確認されているのはほんのわずかです」とノイパート教授は述べた。
刺激的な共同研究において、ハーバード大学の研究者たちは、新しい超伝導相を作り出すために原子がどのように配置されるべきかを理論的に予測し、ドイツのチームは関連するトポロジーを達成するために実験を実施しました。彼らは走査型トンネル顕微鏡を使用して、原子を原子精度で正しい位置に移動させ、堆積させました。
同じ方法は、システムの磁気特性と超伝導特性の測定にも使用されます。研究者らは、超伝導ニオブの表面にクロム原子を堆積させることで、2つの新しいタイプの超伝導を作り出した。同様の方法はこれまでにも金属原子や分子を操作するために使用されてきましたが、これまで二次元超伝導体を作成することはできませんでした。
この結果は、物理学者の理論的予測を裏付けるだけでなく、この方法を使用して他のどのような新しい物質状態を作り出すことができるか、そしてそれらが将来の量子コンピューターでどのように使用されるかについて推測する理由を与えてくれました。