Interferometriaa elektroneilla

Tässä grafeeni-interferometrissä elektronit kulkevat kolmessa virtasilmukassa. Oikeasta yläkulmasta injektoidusta virrasta osa tunneloituu säteenjakajassa punaiseen virtaan ja niiden annetaan interferoida toisessa säteenjakajassa keskellä alhaalla. Sitten vasemmasta alakulmasta voidaan havaita kahden interferoivan elektronivirran vaiheiden mukaan vaihteleva virta

Paris-Saclay yliopiston Nanoelektroniikan ryhmä tutkii kvanttimaailmaa käyttämällä elektronisia piirejä, joiden koko on niin pieni, että elektronit käyttäytyvät aineaaltona. Elektronien aalto-ominaisuus saa aikaan kvantti-interferenssejä, jotka ilmenevät johtokyvyn värähtelyinä vaihe-eroon nähden.

Ryhmän vetäjä Preden Roulleaun ja hänen kollegoidensa äskettäin luoman viritettävän laitteen toiminta on suoraan verrattavissa optisen interferometrin toimintaan. Teknologia voisi mahdollistaa elektroni-interferometrian käytön nanoteknologiassa ja kvanttilaskennassa.

Viimeaikaisen mielenkiinnon kohteena heillä on ollut sähköinen interferometria kvantti-Hall ilmiössä. Kvantti-Hall -efektin yksiulotteiset, johtavat reunakanavat voidaan liittää elektronien aaltomaisen luonteen kanssa sellaisten kokeiden suorittamiseksi, joissa varausten eteneminen kvanttipiirissä jäljittelee optisten kokeiden valoa.

Esimerkki tällaisesta fysiikasta, jota he ovat tutkineet laajasti, ovat elektronien interferenssit Mach-Zehnderin geometriassa, jossa elektronisäde jaetaan kahteen osaan ja yhdistetään sitten uudelleen mikä aiheuttaa kvantti-interferenssejä sähkövirrassa.

Uusimmassa tutkimustyössään yhdessä etelä-korelaisten ja japanilaisten tutkijoiden kanssa he ovatkin luoneet kvantti-Hall -laaksojen jakajat ja viritettävän Mach-Zehnder-interferometrin grafeenin avulla.

He loivat elektronien säteenjakajat grafeenissa, johon liittyy kvantti-Hall-reunakanavat, joilla on vastakkaiset laaksopolarisaatiot. Asettamalla riippumattomat säteenjakajat grafeenin p-n -liitoksen kahteen kulmaan he saattoivat toteuttaa keskiosan elektronien siirrolle täysin viritettävän elektronien Mach-Zehnder-interferometrin.

"Nämä kokeet osoittavat todella perustavanlaatuisen komponentin elektronikvanttioptiikan työkalupakissa", toteaa aiheesta Lundin yliopiston Peter Samuelsson Physics lehden Focus -artikkelissa. "Tämä avaa uusia näkymiä elektronikäyttäytymisen tarkalle hallitsemiselle."

Viritettävän säteenjakajan lisäksi tekniikka mahdollistaa myös interferometrin miniatyrisoinnin, jatkaa artikkelissa Roulleau. "Toivomme, että tämä avaa uuden kentän erittäin pienikokoisille interferometreille, mikä ei olisi mahdollista muilla tavanomaisilla lähestymistavoilla".

Esimerkiksi tärkeä askel kohti kvanttilaskentaa olisi osoittaa niin sanotut "lentävät kubitit", joissa kvantti-informaatiota kantavat elektronit voidaan saada suorittamaan laskelmia vapaan lennon aikana. Tällaisten demonstraatio vaatisi hyvin pieniä interferometrejä, Roulleau visioi.

Tarkempi kuva ja Abstrakti: Quantum Hall Valley Splitters and a Tunable Mach-Zehnder Interferometer in GrapheneMach-Zehnder Interferometer in Graphene

Aiheesta aiemmin:

Elektronit käyttäytyvät grafeenissa kuin valo

Galileon ja Eisteinin jalanjäljissä