Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Makroskopisk elektron-kvantesammenhæng i et kredsløb i fast tilstand

Farvet scanningselektronmikrograf af prøven:Mach Zehnder interferometer og indespærringsstrategi, der bruges til at opnå og demonstrere en rekordelektronisk kohærenslængde på 0,25 mm. Kredit:© C2N

Et team af forskere ved Center de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N, CNRS/Univ. Paris-Saclay) har eksperimentelt opnået den sammenhængende udbredelse af elektroner i kredsløb over makroskopiske afstande gennem en ny nano-ingeniørstrategi.

Kvantesammenhængen mellem elektroniske kvasipartikler understøtter mange af ledernes nye transportegenskaber i små skalaer. Nye elektroniske implementeringer af kvanteoptiske enheder er nu tilgængelige med perspektiver såsom 'flyvende' qubit -manipulationer. Imidlertid, elektronisk kvanteinterferens i ledere (kvantesammenhængslængde) har været begrænset til formeringsveje kortere end 30 μm, uafhængigt af materialet, geometri og eksperimentelle forhold. Bemærkelsesværdigt ens maksimale værdier blev opnået i ballistiske halvledere, diffusive metaller og 2-D materialer som grafen.

Ved hjælp af kredsløb nano-engineering, forskere fra teamet ledet af Frédéric Pierre (CNRS) og Anne Anthore (Université de Paris) ved C2N har opnået en makroskopisk værdi af kvantesammenhængslængden - 0,25 mm, synlig med det blotte øje. Det forekom langs kantkanaler, der styrer elektroner i quantum Hall -regimet. Normalt i denne opsætning, kohærens er begrænset af elektronkobling mellem tilstødende kanaler. For at forhindre sammenstød mellem kanaler, forskerne fremstillede en nanostruktur, der begrænser elektroner til små sløjfer inden for rum, der forer den indre kanalvæg. Denne indespærring tvinger de indre kanaler til at forblive i deres grundtilstand, hvilket gør uelastiske kollisioner mellem elektroner umulige. De finder ud af, at dette kombineret med enestående isolation fra andre dekoherensmekanismer, øger kohærenslængden med nogenlunde en størrelsesorden.

Dette arbejde udvider mulighederne for at udnytte elektronkvanteadfærd op til makroskopisk længde, og åbner nye perspektiver inden for kvanteelektronisk optik.

Varme artikler