Yksittäisien ballistisien elektronien havainnointia

Brittien National Physical Laboratoryn (NP) tutkijat ovat raportoineet uudenlaisesta ballististen elektronien nopeasta varauksen tunnistustekniikasta, joka voi olla hyödyllinen tekniikka elektronikvanttioptiikan, kvanttisähkömetrologian, lentävän kubitin teknologian ja signaalin tunnistustekniikan aloilla.

Tutkimus paljastaa, että yksittäisen ballistisen elektronin läsnäolo voidaan havaita seuraamalla toisen nopeasti liikkuvan "tunnistavan" elektronin kulkua. Ohjaamalla näiden elektronien kulkua lähelle toisiaan, niiden välinen pieni hylkimisvoima voi uudelleenohjata tunnistuselektronin, kuten junan vaihtaessa raiteita tai autojen poistuessa moottoritieltä. 

Kun käytetään varaussensoreita, kuten kvanttilaitteissa, niitä mitataan jatkuvasti, ja jokainen näyte on riittävän pitkä signaalin erottamiseksi kohinasta. NPL-anturijärjestelmä hyödyntää ilmaisimen ja elektronien välistä synkronointia saavuttaakseen äärimmäisen aikaselektiivisyyden, ottamalla näytteitä vain erittäin pienessä aikaikkunassa ja havaitsemalla vuorovaikutuksia, jotka tapahtuvat vain 1–2 pikosekunnissa. 

NPL:n työ korostaa alustan keskeistä ominaisuutta, joka perustuu puolijohteiden ballistisiin elektroneihin. Näillä järjestelmillä, jotka jossain määrin jäljittelevät kvanttioptisia järjestelmiä, on luonnostaan nopeat toiminta-ajat. Tunnistusjärjestelmät ovat yksi ainesosa monimutkaisten yksielektronipiirien rakentamisessa ja uusien kvanttiteknologioiden avaamisessa.

Vanhempi tutkija Jonathan Fletcher selventää: ”Kaikissa johtimissa on ballistista yksittäisen elektronin fysiikkaa atomitasolla hyvin lyhyillä aikaskaaloilla, mutta on epätavallista pystyä havaitsemaan tätä yksittäisen elektronin tasolla, puhumattakaan suorasta ohjauksesta.

Juuri tämän ohjauksen ja havaitsemisen järjestelmämme tarjoaa. Se on minulle jännittävää, koska sähkön hallinta nanometri- ja pikosekuntitasolla on perustavanlaatuinen työkalu metrologiassa ja myös polku muihin kvanttipohjaisiin ominaisuuksiin.”

Aiheesta aiemmin:

Elektronit kulkevatkin nopeammin

Elektronille vauhtia tyhjiössä ja nanolangalla

Indiumselenidin kiekkoja teollisuudelle