17 feb. 1999
2 minuten
Onderzoekers zijn er in geslaagd om een enkel geladen deeltje op te tillen uit de zee aan elektronen in een circuit op nanoschaal. Daarmee creëerden ze een solitaire elektronengolf. en bevestigden ze een theoretische voorspelling die al jaren geleden is gedaan. Het zou nu mogelijk kunnen worden om losse elektronen informatie te laten dragen, zoals fotonen informatie bevatten in kwantumoptische circuits. Kwantumfysiscus Christian Glattli van het kernonderzoekcentrum CEA Saclay in het Franse Gif-sur-Yvette, en zijn collega’s beschrijven hun werk in het tijdschrift Nature
Om de elektrongolf, of excitatie, te genereren gebruikten Glattli en zijn collega’s een voorspelling die al 17 jaar geleden werd gedaan door theoretisch fysicus Leonid Levitov, op het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge (VS). Levitov’s team had berekend dat het aanleggen van een met de tijd variërende spanning op een nanocircuit de zee aan elektronen in de draden door elkaar zal roeren, waarbij een complexe kwantumtoestand ontstaat. Die zou bestaan uit een ‘golfslag’ van aangeslagen elektronen, samen met een aantal gaten waar ontbrekende elektronen positief geladen locaties achterlaten in het atoomrooster van de draad. Maar Levitov voorspelde dat als de variatie van de spanningsimpuls zou verlopen volgens de Lorentz-distributie – een enkele, symmetrische piek – er slechts een enkel elektron zou worden geëxciteerd naar het oppervlak van de zee.
Het team van Glattli legde zo’n spanning aan op een nanocircuit dat bestond uit twee elektroden die met elkaar waren verbonden door een smal geleidend gebiedje. Het geheel was gekoeld tot vlak bij het absolute nulpunt (35 millikelvin) om de elektronen in rust te houden. De onderzoekers stelden vast dat elke spanningspuls op een van de elektroden een single-electron excitatie produceerde die via de geleider naar de andere elektrode liep. Zulke excitaties zijn analoog aan de solitaire golven – bekend als ‘solitons’- die soms in een kanaal of gracht zijn te zien en die over lange afstand hun vorm behouden. Glattli en zijn collega’s noemden daarom hun ecitaties ‘levitons’ (Levitov solitons).
In tegenstelling toy andere bronnen van single-electron excitaties, waarvoor de productie van delicate nanostructuren is vereist, kan volgens de onderzoekers het circuit voor het genereren van levitons gemakkelijk worden opgeschaald om grotere systemen te bouwen.
Levitons zijn eerst en vooral belangrijk voor fundamenteel fysisch onderzoek. maar uiteindellijk zouden ze wellicht kunnen worden gebruikt als dragers van kwantuminformatie in kwantumcomputers.
Referenties
1. Dubois, J. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature12713 (2013).
2. Levitov, L. S., Lee, H. & Lesovik, G. J. Math. Phys. 37, 4845-4856 (1996).
3. Flindt, C. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature12699 (2013).
Anderen lazen ook
