Tutkijat ovat löytäneet elektronin neljännesosan varauksen

(5.10.2026) EPFL:n, Princetonin ja Weizmannin tiedeinstituutin tutkijat ovat mitanneet hiukkasia, jotka käyttäytyvät ikään kuin niillä olisi neljäsosa elektronin varauksesta.

Elektronin varaus on normaalisti kiinteä, kuten kolikkoa, jota ei voi rikkoa palasiksi. Mutta jos ne jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä ja vangitaan kaksiulotteiseen kerrokseen voimakkaan magneettikentän alle, elektronit järjestäytyvät kollektiiviseksi "kvasihiukkasten" tilaksi, jotka näyttävät sisältävän vain murto-osan elektronin varauksesta.

Tätä tilaa kutsutaan "murtolukuiseksi kvantti-Hall-ilmiöksi". Pieni osa näistä, "parillisen nimittäjän tilat", on herättänyt huomiota, koska jotkut teoriat ennustavat, että ne voisivat sisältää epätavallisia kvasihiukkasia, joita kutsutaan "ei-Abelin anyoneiksi".

Miksi nämä ovat kiinnostavia? Koska niiden kvanttiominaisuudet tekevät niistä loistavia ehdokkaita informaation tallentamiseen ja käsittelyyn vikasietoisissa topologisissa kvanttitietokoneissa.

Nyt EPFL:n Mitali Banerjeen, Weizmannin tiedeinstituutin Moty Heiblumin ja Princetonin yliopiston Mansour Shayeganin ryhmien tieteilijät ovat tutkineet yhtä tällaista tilaa, joka tunnetaan nimellä ν = 1/2 -fraktiokvantti-Hall-tila ja joka muodostuu galliumarsenidikerrokseen.

”Ensimmäistä kertaa tämän alan historiassa kaksi eri ryhmää (Weizmann ja EPFL) ovat mitanneet samat murtolukuvarauksen arvot”, Banerjee sanoo.

Tutkijat pyrkivät vastaamaan ν = 1/2 -tilaa koskevaan peruskysymykseen: mikä on sen kvasihiukkasten varaus? Tätä varten he tutkivat elektroneja, jotka olivat suljettuina 70 nanometriä leveän galliumarsenidikerroksen sisään. Jokaisessa kerroksessa oli kapea supistuskohta, jota kutsutaan "kvanttipistekontaktiksi".

He testasivat kahta lähes identtistä koerakennetta kahdessa eri laboratoriossa ja vahvistivat ensin menetelmänsä toimivuuden mittaamalla tunnettuja tiloja täyden elektronin ja kahden kolmasosan elektronin varauksilla.

Kun he sovelsivat samaa tekniikkaa ν = 1/2 -tilaan, molemmat laitteet antoivat saman vastauksen: hiukkaset kantoivat hyvin lähellä elektronin neljäsosaa toisessa. Molemmat vastaavat elektronin neljäsosaa eli e/4:ää.

”Tämä on tärkeää, koska tässä tutkittu kvantti-Hall-tila on erityinen, koska se säilyy muutamaan kelvinasteeseen asti, ja sen oletetaan olevan vasta toinen tunnettu galliumarsenidin tila, jolla on erityisiä ei-abelilaisia ominaisuuksia, jotka voivat lopulta mahdollistaa topologisen kvanttitietokoneen”, Banerjee toteaa.

”Ei-abelilaiset tilat toimivat kuin rakennepiirustukset, joissa informaatio tallennetaan globaaliin geometriaan yhden pisteen sijaan, mikä varmistaa immuniteetin paikallisilta rakenteelliselta virheeltä tai kohinalta. Yksinkertaisesti siirtämällä tällaisia hiukkasia toistensa ympäri voimme luoda virheettömiä kvanttitietokoneita.”

Aiheesta aiemmin:

Anyonista uusi luku suprajohtavuuteen ja kvanttifysiikkaan

Hajonneista elektroneista kohti toimivia kubitteja

Onko ei-abelilaisia anyoneita olemassa?

Transistorielektroni tutustuu kännykän kuoriin

Poliisiautosta poistuttaessa transistorielektroni hoksaa, että se on oikeastaan nahkaisessa kännykkäkotelossa eikä itse kännykässä. Se olikin transistorielektronille uusi tuttavuus.

Vetyä, ammoniakkia, sähköä ja kasvihuonekaasua

Vihreä siirtymä vaatii vetyä ja sen yhä laajempaa käsittelyä. Sen kuljettaminen ja varastointi vaatii uusia ratkaisuja. Nyt avuksi onkin saatu sähkö. Tarjolla on myös uusia konsepteja kasvihuonekaasujen katalyyttien kehittelyyn.


Aiemmat uutiset

Timanttinen kvanttianturi yksinkertaistaa virranmittauslaitteiden kalibrointia (06.10.2026)
Japanin kansallinen edistyneen teollisen tieteen ja teknologian instituutin (AIST) tutkijat ovat yhteistyössä Tokion tiedeinstituutin ja kvanttitieteen ja -teknologian..

Nanoskaalan mekaniikka voisi mahdollistaa aivojen inspiroiman laskennan (05.10.2026)
MIT:n tutkijat ovat luoneet uuden laskenta-alustan, jota voitaisiin käyttää älykkään ja mukautuvan seuraavan sukupolven elektroniikan kehittämiseen. Tämä elektroniikka..

SQUID-anturi lähemmäksi kvanttimateriaalia (05.10.2026)
Kvanttimateriaalit tekevät asioita, joihin tavalliset materiaalit eivät pysty. Ne kuljettavat virtaa ilman häviöitä tai johtavat sähköä vain ulkoreunaansa pitkin..

Raudan ja veden muuttaminen magneettisiksi nanopartikkeleiksi (03.10.2026)
Rauta ruostuu itsestään hitaasti kuukausien tai vuosien kuluessa. Nyt Tohokun yliopiston tutkijat ovat löytäneet keinon puristaa metallin ja veden reaktioprosessia..

Kolmiulotteisten valokenttien käyttäminen elektronien ohjaamiseen (02.10.2026)
Asettamalla päällekkäin kaksi eri suunnista konvergoivaa ultralyhyttä laserpulssia, Saksan Oldenburgin yliopiston fyysikkoryhmä on onnistunut luomaan kolmiulotteisia..

Kahdeksannapainen magnetismi ja kvanttiteknologiat (02.10.2026)
Kvanttimekaniikan viimeaikaiset edistysaskeleet ovat paljastaneet korkeampia magnetismin kertalukuja, mukaan lukien "oktupolaarisen järjestyksen" olemassaolon, jossa..

Tutkijat loivat valolla ohjelmoitavan puolijohteen (02.10.2026)
Puolijohteiden kehitys viimeisten 50 vuoden aikana on mahdollistanut insinöörien luoda yhä pienempiä puolijohdepiirejä ja tehostaa tietokoneiden toimintaa. Mutta..

Kvanttiakkujen korkea teho ja vakaan energiantuotannon tasapaino (01.10.2026)
Uusi tutkimus tunnistaa kvanttiakkujen luotettavuuden perustavanlaatuisia rajoituksia ja osoittaa, kuinka latausstrategiat voivat tasapainottaa suuren tehon vakaan..

Uutta perustaa orgaaniselle elektroniikalle (01.10.2026)
Rice Universityn uuden tutkimuksen mukaan teräksen karkaisusta ja muistimetalliseosten muodostumisesta parhaiten tunnettu transformaatio voi tapahtua myös paljon..

Hafnium on antiferrosähköinen (01.10.2026)
Nebraskan ja Lincolnin yliopiston fyysikot Xiaoshan Xu, Alexei Gruverman ja Evgeny Tsymbal osoittivat, että hafniumoksidi – kova, lämmönkestävä kemiallinen..