Ученые зарегистрировали необычные квантовые эффекты, возникающие в "одномерных" нанопроводниках - «Наука и технологии»

Группе ученых из Кембриджского университета удалось произвести наблюдения за необычными квантовыми эффектами, возникающими в "одномерных квантовых" проводниках при движении по ним электронов, сжатых до невероятно высокой плотности. Такая плотная "упаковка" электронов в нанопроводниках выдвигает на первый план квантовые (волновые) свойства этих частиц и при взаимодействии между ними возникают весьма необычные эффекты, которые в будущем можно будет использовать в квантовых технологиях нового вида, включая и технологии квантовых вычислений.

Сжатие электронов внутри одномерного квантового проводника усиливает их квантовую природу настолько, что зная их энергию и длину волны (импульс), становится возможным реализовать совершенно новые методы управления их поведением. "Представьте себе переполненный людьми вагон поезда или метро" - рассказывает профессор Кристофер Форд (Christopher Ford), - "Если кто-нибудь пытается войти в этот вагон, это заставляет находящихся рядом людей немного потесниться и освободить место. Эти люди, в свою очередь, теснят соседей и так далее. В результате этого через вагон начинает перемещаться "волна сжатия", определяющая то, как люди взаимодействуют с их соседями. А скорость этой волны зависит от того, сколько усилий приложил к этому человек, которому удалось забраться в переполненный вагон".

"То же самое происходит и с электронами в квантовом проводнике - они толкают друг друга, в результате чего возникает волна" - рассказывает доктор Мария Морено (Dr Maria Moreno), - "Но у электронов имеется одна интересная характеристика - их угловой момент вращения, посредством которого и происходит взаимодействие с "соседями". В результате в переполненном квантовом проводнике возникают волны вращения электронов, переносящие энергию вдоль проводника и эти волны можно использовать для так называемой туннельной спектроскопии".

Но самое интересное возникает тогда, когда в квантовый проводник попадает электрон с очень высокой энергией. В случае вагона это можно представить, как человек врывается в вагон, предварительно разогнавшись до большой скорости, и буквально сшибает стоящих там людей.

Для того, чтобы реализовать такой "фокус" кембриджские ученые изготовили структуру из 6 тысяч узких металлических полос, между которыми были проложены проводники из арсенида галлия (GaAs). Изменяя силу, форму внешнего магнитного поля и прикладываемый к металлическим полосам электрический потенциал, ученые добились того, что электроны за счет эффекта квантового туннелирования переходят на полупроводниковые проводники, заполняя их, подобно людям, входящим в вагон.

Короткие импульсы высокого напряжения служили для разгона электронов, которые на полной скорости "влетали в переполненный вагон" квантового проводника. И все происходящее регистрировалось путем измерения протекающего через проводник тока.

Следует отметить, что некоторые из кривых, полученных учеными во время экспериментов, в большинстве случаев почти в точности отражают поведение спин-волн сжатия, рассчитанное при помощи теоретических моделей. Это говорит о том, что ученым удалось добиться понимания поведения электронов, которые искусственно помещены в "тяжелые условия", и такое поведение электронов можно будет использовать в своих целях при создании стандартных блоков будущих квантовых компьютеров и коммуникационных устройств.