Kvantedans i takt med en tromme:Forskere observerer, hvordan energien en enkelt elektron er indstillet af omgivende atomer

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) og deres samarbejdspartnere har observeret, hvordan energien af ​​en enkelt elektron i et halvledermateriale kan kontrolleres præcist ved at justere positionerne af nærliggende atomer. Denne opdagelse kan føre til nye måder at skabe kvanteenheder, såsom transistorer, der fungerer ved meget lave effektniveauer og er mere modstandsdygtige over for støj.

I traditionelle halvlederenheder styres strømmen af ​​elektroner ved at påføre et elektrisk felt. Denne tilgang er dog begrænset af, at elektroner også påvirkes af den termiske bevægelse af atomerne i materialet. Dette kan forårsage, at enhederne bliver støjende og ineffektive, især ved høje temperaturer.

NIST-holdets tilgang undgår dette problem ved at bruge en anden måde at kontrollere strømmen af ​​elektroner på. I stedet for at anvende et elektrisk felt, bruger de en teknik kaldet "kvanteindeslutning" til at skabe et lille, isoleret område af halvledermateriale, hvor elektronerne kan bevæge sig frit. Denne region er omgivet af et lag af atomer, der fungerer som en barriere, der forhindrer elektronerne i at undslippe.

Ved omhyggeligt at kontrollere atomernes positioner i barrierelaget var forskerne i stand til præcist at indstille energien af ​​den enkelte elektron i det afgrænsede område. Dette gjorde det muligt for dem at skabe en enhed, der fungerer som en transistor, men uden behov for et elektrisk felt.

NIST-holdets opdagelse kan føre til en ny generation af kvanteenheder, der er mere kraftfulde og effektive end traditionelle halvlederenheder. Disse enheder kan bruges i en række forskellige applikationer, såsom kvanteberegning, kvantekryptografi og kvanteregistrering.

Forskerholdets resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Nanotechnology.