Enheden opdeler og rekombinerer superledende elektronpar

En enhed, der kan adskille og rekombinere elektronpar, kan tilbyde en måde at studere en usædvanlig form for superledning, ifølge RIKEN-fysikere. Denne superledende tilstand ville involvere eksotiske partikler kaldet Majorana-fermioner, som kunne vise sig nyttige i udviklingen af ​​kvantecomputere.

I konventionelle superledere, elektrisk strøm flyder uden modstand på grund af elektroner, der går sammen om at lave 'Cooper -par'. En superleder, der berører en normal leder, kan nogle gange inducere superledning i denne leder gennem Cooper-par fra superlederen, der trænger ind i den normale leder.

Nu, Sadashige Matsuo fra RIKEN Center for Emergent Matter Science og kolleger har skabt en enhed kaldet en Josephson junction, som effektivt kan opdele disse Cooper-par, når de bevæger sig fra en superleder til to endimensionelle normale ledere (fig. 1). Tidligere har de fleste undersøgelser af Cooper-pars opdeling er blevet udført ved hjælp af nuldimensionelle 'kvanteprikker' forbundet med superledere.

Enheden havde to aluminiumselektroder, som bliver superledende, når de afkøles til kun 1/20 grad over det absolutte nulpunkt. Elektroderne er forbundet med to halvleder -nanotråde. Holdet var i stand til at opnå effektiv opdeling af Cooper-par, når elektronerne rejste i nanotrådene uden at blive spredt af objekter som kvanteprikker. Dette er i modsætning til tidligere undersøgelser.

Når Cooper-par bevæger sig mellem de superledende elektroder, de kan enten holde sammen og bevæge sig langs en enkelt nanotrådsleder, en effekt kendt som lokal par -tunneling, eller de kan dele sig, så hver elektron rejser gennem en anden nanotråd. På trods af deres fysiske adskillelse, de to elektroner er forbundet via en effekt kaldet kvantesammenfiltring.

Ved at finjustere spændingen, der styrede strømmen af ​​elektroner, holdet sikrede, at mere end halvdelen af ​​Cooper -parene delte sig, da de rejste gennem nanotråde, beviser, at enheden kunne undertrykke lokal par-tunneling (på grund af elektron-elektron-interaktionerne i nanotrådene). Ved at nå den anden side, elektronerne rekombineret til Cooper -par. Forskerne fandt også ud af, at anvendelsen af ​​et magnetfelt bremsede Cooper-pars opdeling mere end lokal par-tunneling.

Disse resultater indikerer, at enheden kunne bruges til at generere, hvad der er kendt som en topologisk superledende tilstand, hvor superpositionen af ​​en elektron og et hul genererer Majorana-fermioner, en ejendommelig slags partikel, der svarer til sin egen antipartikel. Majorana-fermioner er af interesse, fordi de kan bruges som kvante-'bits', der bærer information i visse typer kvantecomputere, som lover at have langt større processorkraft end konventionelle teknologier tillader.

"Vores næste skridt er at søge fingeraftryk af Majorana-fermionerne i de superledende forbindelser af en dobbelt nanotråd, " siger Matsuo.