Merekayasa keadaan topologis pada titik kuantum semikonduktor berbasis atom

Simulasi kuantum menawarkan jalur yang kuat untuk mengeksplorasi fenomena kuantum yang kompleks, khususnya dalam fisika materi terkondensasi. Titik kuantum semikonduktor merupakan blok penyusun yang menjanjikan karena kemampuan penyetelannya dan korelasi yang kuat. Meskipun penelitian sebelumnya telah merealisasikan model Fermi–Hubbard dan feromagnetisme Nagaoka, model Su–Schrieffer–Heeger (SSH) banyak-tubuh—landasan untuk memahami fase topologis—masih sulit diwujudkan. Tantangan utamanya terletak pada merekayasa interaksi jarak jauh antar elektron secara presisi untuk meniru Hamiltonian yang diinginkan. Di sini, penulis mengatasinya dengan menggunakan penempatan donor fosfor yang presisi secara atomik di silikon, menciptakan susunan linear sepuluh titik kuantum dengan tingkat energi yang dapat disetel melalui beberapa gerbang dalam bidang.

Perangkat ini terdiri dari susunan linear sepuluh titik kuantum yang dibentuk oleh atom fosfor yang ditempatkan secara presisi di silikon. Minimal enam gerbang dalam bidang yang seluruhnya epitaksial direkayasa dengan presisi subnanometer untuk menyetel energi on-site dan kopling antar-titik. Desain gerbang bertingkat memungkinkan kendali independen atas transpor elektron intrasel dan intersel, memungkinkan realisasi fase trivial maupun topologis dari model SSH banyak-tubuh. Energi on-site yang kuat (sekitar 25 meV) memastikan pengurungan yang kokoh. Hamiltonian model SSH diberikan oleh:

dengan $t_{\text{intra}}$ dan $t_{\text{inter}}$ masing-masing adalah amplitudo hopping intrasel dan intersel, dan ${ϵ}_i$ adalah energi on-site. Dengan menyetel rasio

, sistem dapat digerakkan melintasi transisi fase topologis.