Studiul detectează cuplarea electronilor în atomi artificiali, o stare cuantică așteptată cu mai bine de 50 de ani în urmă

Cercetătorii de la Departamentul de Fizică al Universității din Hamburg au observat o stare cuantică care a fost prezisă teoretic de teoreticienii japonezi în urmă cu mai bine de 50 de ani, dar până acum a ocolit descoperirea. Prin proiectarea unui atom artificial pe suprafața unui supraconductor, cercetătorii au reușit să împerecheze electronii unui așa-numit punct cuantic, creând astfel cea mai mică versiune posibilă a supraconductorului. Lucrarea apare în jurnal natură.

În mod normal, electronii se resping reciproc datorită sarcinii lor negative. Acest fenomen are un impact semnificativ asupra multor proprietăți ale materialelor, cum ar fi rezistența electrică. Situația se schimbă radical dacă electronii sunt „lipiți” împreună în perechi și astfel devin bozoni. Perechile de bosoni nu se evită reciproc ca electronii singuri, dar mai mulți dintre ei pot locui în aceeași locație sau pot efectua aceeași mișcare.

Supraconductivitate Una dintre cele mai interesante proprietăți ale unui material care conține astfel de perechi de electroni este capacitatea de a permite curentului electric să curgă prin material fără nicio rezistență electrică. Timp de mulți ani, supraconductibilitatea a găsit multe aplicații tehnologice importante, inclusiv imagistica prin rezonanță magnetică sau detectoare care sunt foarte sensibile la câmpurile magnetice.

Astăzi, reducerea continuă a dispozitivelor electronice ghidează în mare măsură investigațiile privind modul de inducere a supraconductivității în structuri mult mai mici la scară nanometrică.

Cercetătorii de la Departamentul de Fizică și Grupul de Excelență „CUI: Advanced Imaging of Matter” de la Universitatea din Hamburg au realizat cuplarea electronilor într-un atom artificial numit punct cuantic, cel mai mic bloc de construcție pentru dispozitive electronice nanostructurate.

În acest scop, cercetătorii conduși de prof. dr. Jens Wiebe de la Institutul pentru Nanostructură și Fizica Solid-State au prins electroni în cuști minuscule pe care le-au construit din argint, atom cu atom. Prin cuplarea electronilor blocați la un supraconductor elementar, electronii au moștenit tendința de împerechere de la supraconductor.

Împreună cu o echipă de fizicieni de masă teoreticieni, condusă de Dr. Thor Buskey, cercetătorii au legat semnătura experimentală, un vârf spectral la energie foarte scăzută, de starea cuantică prezisă de Kazushige Machida și Fumiaki Shibata la începutul anilor 1970.

În timp ce statul a eludat până acum detectarea directă prin metode experimentale, cercetări recente ale cercetătorilor din Țările de Jos și Danemarca au arătat că este utilă în suprimarea zgomotului nedorit în qubiții de transmoment, un element esențial al calculatoarelor cuantice moderne.

Kazushige Machida i-a scris primului autor al publicației, dr. Lukas Schneider: „Vă mulțumesc că ați „descoperit” vechea mea lucrare în urmă cu jumătate de secol. M-am gândit la [a] Impuritățile nemagnetice ale metalelor de tranziție au produs de multă vreme starea de gol, dar locația lor este foarte aproape de marginea golului supraconductor. [that] Este imposibil să-i dovedești existența. Dar cu metoda ta ingenioasă, am confirmat în cele din urmă corectitudinea acestei metode empiric.