面向高温节能量子器件的范德华异质结界面工程
介观与纳米尺度物理
2024-12-19 v2
摘要
量子器件依靠量子力学效应运行,与传统器件相比,具有尺寸减小、速度提升和能效高等优势。然而,量子现象通常仅在极低温下才能观察到,这限制了其实际应用。二维材料及其范德华(vdW)异质结由于其强库仑相互作用和/或自旋轨道耦合,为高温量子器件提供了极具前景的平台。在本综述中,我们总结了基于层间隧穿以及带电粒子与自旋耦合的 vdW 异质结中新奇量子现象的最新研究,包括负微分电阻、约瑟夫森隧穿、激子凝聚和拓扑超导性。这些是节能器件的底层机制,包括隧穿场效应晶体管、拓扑/超导晶体管和量子计算机。vdW 层状材料内的自然同质结提供了干净的界面和完美对齐的结构,从而增强层间耦合。小扭转角的双层结构也可能产生新颖的量子效应。此外,我们重点介绍了几种用于实现高温马约拉纳零模的提议结构,它们是拓扑量子计算的关键元件。本综述有助于从事 vdW 异质结界面工程的研究人员,以开发在液氮温度以上运行的节能量子器件。
引用
@article{arxiv.2409.16752,
title = {Interface engineering of van der Waals heterostructures towards energy-efficient quantum devices operating at high temperatures},
author = {Manh-Ha Doan and Peter Bøggild},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.16752},
year = {2024}
}