Теоретические основы квантовых информационных технологий на базе топологических изоляторов

Топологические изоляторы (ТИ) представляют собой относительно новый класс материалов, являющихся диэлектриками в объеме и проводниками на поверхности. Уникальные электронные свойства ТИ обусловлены, как правило, сильным спин-орбитальным взаимодействием, так что проводящие поверхностные состояния в них являются спин-поляризованными. Изучение ТИ привлекает интерес как с фундаментальной точки зрения (проявления нетривиальной топологии электронной структуры кристаллов), так и с прикладной (использование транспорта спина по поверхностным состояниям при разработке приборов спинтроники).Наибольшее внимание в этой области в настоящее время приковано к двумерным (2D) ТИ, спин-поляризованные краевые состояния в которых обладают устойчивостью по отношению к упругому рассеянию на немагнитных примесях, что дает надежды на использование их в приложениях спинтроники для осуществления устойчивого спинового транспорта. В то же время наличие такого свойства не позволяет добиться локализации состояний на краю 2D ТИ, применяя традиционные электростатические затворы. Решением проблемы является нанесение полосок магнитного материала (ферро-, ферри- или антиферромагнетика) на край ТИ. Нарушение симметрии по отношению к обращению времени за счет близости с магнетиком приводит к формированию локальной щели в спектре, подавлению клейновского туннелирования и локализации состояний между магнитными полосками. Такие системы с локализованными состояниями на краю 2D ТИ – магнитно-индуцированные квантовые точки (КТ) – за счет уникальных свойств ТИ могут быть использованы при проектировании кубитов – единичных разрядов квантовой информации (элементов квантовых компьютеров).Данный проект направлен на разработку теоретических основ применения нульмерных систем, образованных на краю 2D ТИ посредством нанесения полосок из магнитных материалов, в качестве элементов квантовых вычислительных систем. Планируется исследовать электронные, оптические, транспортные и релаксационные свойства таких систем с целью определения физических условий реализации кубитов на их основе.