Ultrahurtig kvantebevægelse i en fælde på nanoskala detekteret

KAIST-forskere har rapporteret påvisningen af ​​en picosecond-elektronbevægelse i en siliciumtransistor. Denne undersøgelse har præsenteret en ny protokol til måling af ultrahurtig elektronisk dynamik på en effektiv tidsopløst måde med picosecond-opløsning. Detektionen blev foretaget i samarbejde med Nippon Telegraph and Telephone Corp. (NTT) i Japan og National Physical Laboratory (NPL) i Storbritannien og er den første rapport, så vidt vi ved.

Når en elektron fanges i en nanoskalafælde i faste stoffer, dens kvantemekaniske bølgefunktion kan udvise rumlig oscillation ved sub-terahertz-frekvenser. Tidsløst detektion af sådanne picosekunders dynamik af kvantebølger er vigtig, da detektionen giver en måde at forstå elektronernes kvanteadfærd på i nano-elektronik. Det gælder også for kvanteinformationsteknologier såsom den ultrahurtige kvantebit-drift af kvanteberegning og højfølsom elektromagnetisk feltføling. Imidlertid, at detektere picosekunders dynamik har været en udfordring, da sub-terahertz-skalaen er langt ud over de nyeste værktøjer til båndbreddemåling.

Et KAIST-hold ledet af professor Heung-Sun Sim udviklede en teori om ultrahurtig elektrondynamik i en nanoskalafælde, og foreslog et skema til at detektere dynamikken, som udnytter en kvantemekanisk resonanstilstand dannet ved siden af ​​fælden. Koblingen mellem elektrondynamikken og resonanttilstanden tændes og slukkes på et picosekund, så information om dynamikken læses af den elektriske strøm, der genereres, når koblingen tændes.

NTT indså, sammen med NPL, detektionsskemaet og anvendte det på elektronbevægelser i en nanoskalafælde dannet i en siliciumtransistor. En enkelt elektron blev fanget i fælden ved at styre elektrostatiske porte, og en resonanstilstand blev dannet i fældens potentielle barriere.

Tænd og sluk for koblingen mellem elektronen og resonanstilstanden blev opnået ved at justere resonansenergien med elektronens energi inden for et picosekund. En elektrisk strøm fra fælden gennem resonanstilstanden til en elektrode blev målt ved kun nogle få Kelvin grader, afsløre den rumlige kvante-kohærente oscillation af elektronen med 250 GHz frekvens inde i fælden.

Professor Sim sagde, "Dette arbejde foreslår et skema til at detektere picosecond-elektronbevægelser i submikronskalaer ved at bruge kvanteresonans. Det vil være nyttigt i dynamisk kontrol af kvantemekaniske elektronbølger til forskellige formål inden for nanoelektronik, kvantesansning, og kvanteinformation. "

Dette arbejde blev offentliggjort online kl Natur nanoteknologi den 4. november. Den blev delvist støttet af Korea National Research Foundation gennem SRC Center for Quantum Coherence in Condensed Matter.