Battling quantum decoherence, one flat band at a time
Researchers establish a novel way to strengthen electron correlations by controlling flat band electronic structures in Transition Metal Dichalcogenide.
By Lubaba Hoque, Transformative Quantum Technologies
Quantum decoherence is often a challenge that quantum scientists seek to mitigate. When an object loses its quantum properties and starts behaving like a classical object (i.e. ordinary objects whose behaviour is governed by the laws of physics that one generally thinks of), that is known as decoherence.
Specifically, for superconducting quantum devices and circuits, there exists an energy gap protecting the coherence of the objects against thermal energy. The larger the gap, the more protected the quantum object is against decoherence. When quantum materials, such as Twister Bilayer Graphene (TBG), have a better superconducting gap, it directly entitles stronger magnetism and superconductivity due to enhanced electron correlations. TBG can generate superconductivity due to flat bands.
Dr. Guo-Xing Miao, Institute for Quantum Computing (IQC) faculty and professor, Department of Electrical and Computer Engineering, and colleagues at the University of British Columbia (UBC) have reported a novel material platform where flat bands universally emerge in a wide range of Transition Metal Dichalcogenide (TMD) compounds.
This outcome is achieved through intercalation, which refers to the reversible insertion of ions into the host lattice. The researchers showed that not only can the flat bands be generated in the TMD compounds, but the position of the flat bands can also be adjusted on the energy scale.
“The key uniqueness is the complete freedom in intercalations, making it easier to tailor the properties of flat bands. The full suite of knowledge in renewable energies can be directly transferred here to quantum materials, yielding nearly unlimited possibilities.”
- Guo-Xing Miao, IQC faculty and professor, Department of Electrical and Computer Engineering
Combattre la décohérence quantique, une bande plate à la fois
Des chercheurs trouvent une façon inédite de renforcer la corrélation des électrons : contrôler les structures électroniques à bande plate dans les dichalcogénures de métaux de transition.
Lubaba Hoque, Technologies quantiques transformatrices (TQT)
La décohérence quantique est un problème que les scientifiques cherchent souvent à atténuer. On parle de décohérence lorsqu’un objet perd ses propriétés quantiques pour recommencer à se comporter comme un objet classique (c’est-à-dire un objet ordinaire dont le comportement est régi par les lois habituelles de la physique).
Plus précisément, dans le cas des circuits et dispositifs quantiques supraconducteurs, il existe un écart d’énergie qui protège la cohérence des objets contre l’énergie thermique. Plus l’écart est grand, mieux un objet quantique est protégé. Les matériaux quantiques qui ont une grande différence de supraconductivité, comme le graphène bicouche dit torsadé ou twisté (TBG), renforcent la corrélation des électrons, ce qui mène directement à un magnétisme et à une supraconductivité supérieurs. Le TBG peut générer de la supraconductivité en raison des bandes plates qu’on y retrouve.
Guo-Xing Miao, membre du corps professoral de l’Institut d’informatique quantique (IQC) et professeur au Département de génie électrique et informatique, a présenté avec ses collègues de l’Université de la Colombie-Britannique une nouvelle plateforme matérielle où des bandes plates émergent universellement dans une vaste gamme de composés de dichalcogénures de métaux de transition (TMD).
Ce résultat s’obtient par intercalation, soit l’insertion réversible d’ions dans le treillis hôte. Les chercheurs ont montré qu’il est non seulement possible de générer des bandes plates dans les composés de TMD, mais que l’on peut également ajuster la position de celles-ci sur l’échelle d’énergie.
« Ce qui est vraiment unique ici, c’est la liberté totale qu’on a dans les intercalations, ce qui facilite l’ajustement des propriétés des bandes plates. L’ensemble de nos connaissances sur les énergies renouvelables peut être ici directement appliqué aux matériaux quantiques, ce qui nous ouvre des possibilités quasi illimitées. »
— Guo-Xing Miao, membre du corps professoral de l’IQC et professeur au Département de génie électrique et informatique