Parodyta sukinio koreliacija tarp suporuotų elektronų


Parodyta sukinio koreliacija tarp suporuotų elektronų

Elektronai palieka (įprastą) superlaidininką (S) tik poromis ir tik su priešingais sukimais (rodyklė aukštyn arba žemyn, raudona arba mėlyna). Jei to paties sukimosi tipo abu elektronų kelius blokuoja lygiagretus sukimosi filtrai (čia – sukimasis žemyn (mėlyna)), vienas elektronas su sukimu į viršų (raudonas) iš esmės galėtų išeiti, tačiau suporuoti elektronai iš superlaidininko blokuojami, idealiai slopina abi elektros sroves. Kreditas: Fizikos katedra, Bazelio universitetas, Scixel

Bazelio universiteto fizikai pirmą kartą eksperimentiškai įrodė, kad yra neigiama koreliacija tarp dviejų įsipainiojusių elektronų poros sukinių iš superlaidininko. Savo tyrimui mokslininkai naudojo sukimosi filtrus, pagamintus iš nanomagnetų ir kvantinių taškų, kaip praneša moksliniame žurnale. Gamta.

Susipynimas tarp dviejų dalelių yra vienas iš tų reiškinių Kvantinė fizika kuriuos sunku suderinti su kasdiene patirtimi. Jei susipainioja, tam tikros dviejų dalelių savybės yra glaudžiai susijusios, net jei jos yra toli viena nuo kitos. Albertas Einšteinas įsipainiojimą apibūdino kaip „baisų veiksmą per atstumą“. Šviesos dalelių (fotonų) įsipainiojimo tyrimams šiemet skirta Nobelio fizikos premija.

Du elektronų taip pat gali būti įsipainioję, pavyzdžiui, į savo sukimus. Superlaidininkyje elektronai sudaro vadinamąsias Kuperio poras, atsakingas už be nuostolių elektros sroves ir kuriose yra įsipainioję atskiri sukiniai.

Jau keletą metų Šveicarijos nanomokslo instituto ir Bazelio universiteto Fizikos katedros mokslininkai sugebėjo išskirti elektronų poras iš superlaidininko ir erdviškai atskirti du elektronus. Tai pasiekiama dviem būdais kvantiniai taškai— lygiagrečiai sujungtos nanoelektroninės struktūros, kurių kiekviena leidžia praeiti tik pavieniams elektronams.

Parodyta sukinio koreliacija tarp suporuotų elektronų

Skirtingai nuo lygiagrečių sukimosi filtrų, antilygiagrečių sukimosi filtrų atveju elektronų poroms leidžiama išeiti iš superlaidininko, o tai gali būti aptikta kaip žymiai padidinta elektros srovė abiejuose keliuose. Kreditas: Fizikos katedra, Bazelio universitetas, Scixel

Priešingi elektronai sukasi iš Kuperio porų

Dr. Christian Schönenberger ir dr. Andreas Baumgartner komanda, bendradarbiaudama su tyrėjais, vadovaujamais prof. dr. Lucia Sorba iš Istituto Nanoscienze-CNR ir Scuola Normale Superiore Pizoje, dabar sugebėjo eksperimentiškai parodyti, kas jau seniai. teoriškai buvo tikimasi: elektronai iš superlaidininko visada atsiranda poromis su priešingais sukiniais.

Naudodami naujovišką eksperimentinę sąranką, fizikai sugebėjo išmatuoti, kad vieno elektrono sukinys nukreiptas į viršų, kai kitas nukreiptas žemyn, ir atvirkščiai. „Taigi mes eksperimentiškai įrodėme neigiamą koreliaciją tarp suporuotų elektronų sukinių“, – aiškina projekto vadovas Andreasas Baumgartneris.

Tyrėjai tai pasiekė naudodami savo laboratorijoje sukurtą sukimosi filtrą. Naudodami mažyčius magnetus, jie sugeneravo individualiai reguliuojamus magnetinius laukus kiekviename iš dviejų kvantinių taškų, skiriančių Cooper poros elektronus. Kadangi sukinys taip pat lemia elektrono magnetinį momentą, vienu metu leidžiamas tik vienas konkretus sukimosi tipas.

„Mes galime sureguliuoti abu kvantinius taškus taip, kad pro juos pereitų daugiausia elektronai su tam tikru sukimu“, – aiškina pirmasis autorius dr. Arunavas Bordoloi. “Pavyzdžiui, elektronas su sukimu į viršų praeina per vieną kvantinį tašką, o elektronas su sukimu žemyn – per kitą kvantinį tašką arba atvirkščiai. Jei abu kvantiniai taškai yra nustatyti taip, kad praleistų tik tuos pačius sukimus, elektros srovės abiejuose kvantiniuose taškuose sumažėja, nors atskiras elektronas gali praeiti pro vieną kvantinį tašką.

“Naudodami šį metodą, pirmą kartą galėjome aptikti tokias neigiamas koreliacijas tarp elektronų sukimosi iš superlaidininko”, – daro išvadą Andreasas Baumgartneris. “Mūsų eksperimentai yra pirmasis žingsnis, bet dar ne galutinis įsipainiojusių elektronų sukinių įrodymas, nes negalime savavališkai nustatyti sukimosi filtrų orientacijos, bet mes tai dirbame.”

Tyrimas, kuris neseniai buvo paskelbtas m Gamta, yra laikomas svarbiu žingsniu link tolesnių eksperimentinių kvantinių mechaninių reiškinių, tokių kaip dalelių įsipainiojimas į kietąsias medžiagas, kurie taip pat yra pagrindinė kvantinių kompiuterių sudedamoji dalis, tyrimų.

Daugiau informacijos:
Arunav Bordoloi, sukimosi kryžminės koreliacijos eksperimentai elektronų raizgytuve, Gamta (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05436-z. www.nature.com/articles/s41586-022-05436-z

Citata: parodyta sukimosi koreliacija tarp suporuotų elektronų (2022 m. lapkričio 23 d.), gauta 2022 m. lapkričio 24 d. iš https://phys.org/news/2022-11-paired-electrons.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.