Elektrony surfují jako vlny na vlnách

Výzkumníkům se podařilo přepravit jednotlivé elektrony

Elektrony (žluté) v experimentu, oranžově-načervenalé zachycené vlny © RUB
číst nahlas

Rozhodujícím krokem k výkonnějším počítačům se nyní podařilo mezinárodnímu výzkumnému týmu uspět: Z roje elektronů v elektrických vodičích a polovodičích mohli vybrat jeden elektron a transportovat pomocí zvukové vlny. Jako ryba na vlně, elektron „surfuje“ z jedné kvantové tečky do další. Manipulace s jedním elektronem tímto způsobem umožní kombinaci mnohem složitějších kvantových bitů místo klasických bitů. Vědci podávají zprávu o svých výsledcích v „Přírodě“.

Elektrony jsou volně pohyblivé v elektrických vodičích a polovodičích, jako je arsenid křemíku nebo gallia, jako jsou ryby ve vodě. Nemohou však „plavat“ sami, ale pohybovat se přes elektrické napětí. V kovu přicházejí jako obrovská hejno ryb, které vyplňuje celý objem vody. V polovodičích jsou tato hejna méně hustá, vzdálenosti mezi rybami jsou mnohem větší. Roj může být smrštěn vnějším elektrickým napětím do tenké vrstvy blízko povrchu. Tento „rybářský sen“ by se nyní mohl splnit pro polovodičové fyziky.

Rybaření v elektronovém roje

To je umožněno novou metodou vyvinutou mezinárodním výzkumným týmem: elektronové „ryby“ jsou všechny v jedné rovině a jsou snadno přístupné z povrchu. „Neexistují však žádné„ tlusté “ryby, protože všechny elektrony mají přesně stejnou velikost a v zásadě dokonce identické, “ vysvětluje Andreas Wieck, fyzik na Ruhr University Bochum. Metoda vědců z Německa, Francie a Japonska stále umožňuje „vylovit“ jednotlivé elektrony z roje, přesunout je po určité vzdálenosti a poté je znovu detekovat v cílovém bodě.

Vzdálenost v experimentu byla čtyři mikrony - to je dvacetkrát déle než vysoce integrovaná

Tranzistor. Cílený transport jednotlivých elektronů navzdory hmotnosti roje uspěje tím, že nejprve vloží malé roj mezi hroty čtyř elektrod do objektu bezrozměrné dimenze, „kvantové tečky“. Pak vědci pošlou inzerát

vzájemně propojená elektroda s dvojitým hřebenem, na kterou aplikují vysokofrekvenční vlnu, vlnu přes polovodičový krystal - která je srovnatelná s vodou pro ryby. Proces funguje opačně jako napěťový blesk v "piezo" zapalovači: tam je krystal zdeformován, aby vytvořil napětí; Vědci zde deformují krystal pomocí napětí, což vede k vlně při pravidelném opakování.

Kvantová tečka jako elektronový anděl

Tato vlna zametá v prefabrikovaném vzorku, například zleva doprava, rychlostí zvuku přes mini-roj v kvantové tečce v krystalu rychlostí 3 km za sekundu. Ve své výšce je nastaven tak, že z něj vytáhne pouze „rybu“, která „surfuje“ na vlně v jednorozměrném kanálu. Čtyři mikrometry vpravo jsou další kvantovou tečkou, kam ryby přicházejí. Opakováním vlnových paketů a měření dokázali vědci sestavit dobrou statistiku pro měření bezpečnosti postupu. Sbírání jediného elektronu vlnou pracovalo v prvních experimentech s pravděpodobností 96 procent; najít to s 92 procenty.

Trik: orientace ryb

Ačkoli jsou elektronové ryby nerozeznatelné, mohou být zarovnány, protože mají směr otáčení („rotace“) jako malé gyroskopy. Je to jako namířit rybu nahoru, zvednout ji z vlny a strčit ji do cílové kvantové tečky znovu najde. Skutečnost, že doba přežití této orientace rotace je delší než doba surfování na vlně, se provádí s vysokou bezpečností. Kvantové bity budoucnosti také sestávají z takových spin-polarizovaných elektronů.

Vědci dosáhli svých výsledků výzkumu se vzorky získanými u předsedy Applied

Fyzika pevných látek Ruhr University Bochum byla produkována tzv. Epitaxem molekulárního paprsku, strukturována v Tokiu a nakonec měřena v Grenoblu. Nejen vzorky, ale také koncepty pocházejí z Bochumu: Wieck již publikoval vizi elektronového směrového vazebního členu před 21 lety, což výzkumná skupina nyní realizovala. Brzy bude zveřejněna další publikace. (Nature, 2011; DOI: 10, 1038 / příroda10416)

(Ruhr-University Bochum, 23.09.2011 - NPO)