Andreev kemi på en nanotråd:Forskere genererer superledende par tilstande adskilt af voksede barrierer

Forskere ved universitetet i Basel og Lunds universitet har genereret superledende partilstande af elektroner på flere segmenter af en nanotråd, adskilt af voksede barrierer. Afhængigt af højden af ​​barriererne kan disse partilstande kobles og sammensmeltes.

Resultaterne blev offentliggjort i Communications Physics og give vigtig indsigt for udviklingen af ​​nye kvantetilstande.

I en superleder danner elektroner en slags par, der resulterer i nye materialeegenskaber såsom dissipationsløse strømme. Hvis et halvledende materiale bringes i kontakt med en superleder, kan elektronerne i en halvleder også indgå i lignende partilstande kendt som Andreev bundne tilstande (ABS'er).

Sådanne tilstande, der dannes på individuelle, lange, tynde krystaller - såkaldte nanotråde - er blevet fokus for stigende forskning i flere år, da de kan være særligt gode informationsbærere.

Analogier til kemi

Forskere i holdet af professor Christian Schönenberger og Dr. Andreas Baumgartner fra Institut for Fysik og Schweizisk Nanovidenskab ved Universitetet i Basel og kolleger fra Lunds Universitet er nu lykkedes med at generere sådanne partilstande på tre segmenter af en nanotråd, som er adskilt af barrierer vokset i krystallen. Forskerne er i stand til at manipulere højden af ​​barriererne ved hjælp af en elektrisk spænding.

"Vi kan identificere de respektive tilstande ved karakteristika i den elektriske strøm," forklarer første forfatter til publikationen, Dr. Christian Jünger. Hvis barriererne er store, dannes individuelle, uafhængige Andreev-bundne tilstande på de to segmenter nær en superleder.

Analogt med en-elektrontilstandene i naturlige atomer i kemi, kan disse betragtes som Andreev-atomer. Når barriererne mellem segmenterne reduceres, bliver ABS'erne koblet og danner tilstande, der ofte kaldes Andreev-molekyler.

Når forskerne sænker barriererne næsten fuldstændigt, skabes der partilstande, der strækker sig over hele nanotråden og leder elektrisk strøm uden afledning - et fænomen kendt som Josephson-effekten. "Dette svarer til en fusion af de oprindelige Andreev-bundne tilstande til Andreev-helium - svarende til fusionerede brintatomer," siger Dr. Andreas Baumgartner.

I fremtidige eksperimenter vil forskere undersøge denne fusionsproces med en lignende type partilstande, såkaldte Majorana-bundne tilstande, og dermed tage et vigtigt skridt hen imod anvendelse til kvantecomputere.

Flere oplysninger: Christian Jünger et al., Mellemtilstande i Andreev bundet tilstandsfusion, Kommunikationsfysik (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01273-2

Journaloplysninger: Kommunikationsfysik

Leveret af University of Basel