원자적으로 얇은 재료를 꼬면 양자 컴퓨터가 발전할 수 있다

로체스터 대학의 연구자들은 원자 두께가 단 한 개에 불과한 특수 소재의 두 조각을 가져와 높은 각도로 비틀어 양자 컴퓨터와 다른 양자 기술에 사용될 수 있는 고유한 광학적 특성을 밝혀냈습니다. Nano Letters 에 게재된 새로운 연구에서 연구자들은 나노박막 소재를 정확하게 겹치면 엑시톤(기본적으로 인공 원자)이 생성되어 양자 정보 비트 또는 큐비트로 작용할 수 있음을 보여줍니다.

"우리가 사용하는 이 물질의 단 하나의 층만 있다면, 이 어두운 엑시톤은 빛과 상호 작용하지 않을 것입니다." 광물리학의 Marie C. Wilson 및 Joseph C. Wilson 교수인 Nickolas Vamivakas의 말입니다.

"큰 회전을 함으로써, 우리가 광학적으로 제어할 수 있는 재료 내부의 인공 원자를 켜지만, 여전히 환경으로부터 보호됩니다."

모아레 현상은 적다

이 연구는 2010년 노벨상을 수상한 발견을 바탕으로 진행됐는데, 이 발견은 탄소를 단일 원자 층으로 벗기면 특별한 양자 특성을 지닌 그래핀이라는 새로운 2차원(2D) 물질이 생성된다는 것입니다.

그 이후로 과학자들은 그래핀과 다른 2D 소재가 서로 겹쳐지고 매우 작은 각도로 꼬였을 때(무아레 초격자라고 불림) 광학적, 전기적 특성이 어떻게 변하는지 탐구해 왔습니다.

예를 들어, 그래핀을 1.1도라는 '마법의' 각도로 비틀면 초전도성과 같은 특성을 만들어내는 특별한 패턴이 생성됩니다.

하지만 로체스터 광학연구소와 물리천문학부의 과학자들은 다른 접근 방식을 취했습니다.

그들은 그래핀보다 더 변하기 쉬운 2D 물질인 몰리브덴 디셀레나이드를 사용하여 최대 40도의 훨씬 더 높은 각도로 비틀었습니다.

그럼에도 불구하고 연구자들은 뒤틀린 단층층이 빛에 의해 활성화되었을 때 정보를 유지할 수 있는 엑시톤을 생성한다는 것을 발견했습니다.

광학 박사과정생인 아르나브 바만 레이는 "이것은 우리에게 매우 놀라운 일이었습니다."라고 말했습니다.

"몰리브덴 디셀레나이드는 무아레 물질 계열의 다른 물질이 더 나은 정보 유지 능력을 보이기 때문에 악명이 높습니다. 우리는 이러한 큰 각도에서 다른 물질 중 일부를 사용하면 아마도 더 잘 작동할 것이라고 생각합니다."

연구팀은 이를 새로운 유형의 양자 장치를 향한 중요한 초기 단계로 보고 있습니다.

"장래에는 이러한 인공 원자가 양자 네트워크의 메모리나 노드로 사용되거나, 광 공동에 넣어 양자 물질을 만드는 데 사용될 수 있기를 바랍니다."라고 Vamivakas는 말합니다.

"이것은 차세대 레이저와 같은 장치의 중추가 될 수도 있고, 양자 물리학을 시뮬레이션하는 도구가 될 수도 있습니다."

이 연구는 공군 과학 연구실의 지원을 받아 URnano 시설에서 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250317160456.htm