Wenn zwei Teilchen verschränkt sind, sind ihre Eigenschaften auch dann eng miteinander verknüpft, wenn sie weit voneinander entfernt sind. Durch die Verschränkung zweier Elektronen entstehen in einem Supraleiter sogenannte Cooper-Paare. Diese Paare sind für die verlustfreien elektrischen Ströme verantwortlich, in denen die einzelnen Spins verstrickt sind.
Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institute und des Departements Physik der Universität Basel haben Elektronenpaare aus a entfernt Supraleiter und isolierte die beiden Elektronen mehrere Jahre lang räumlich. Dazu werden zwei parallele Quantenpunkte verwendet, nanoelektronische Strukturen, durch die jeweils nur ein Elektron fließen kann.
Nun, Physiker am Universität Basel haben erstmals experimentell nachgewiesen, dass es eine negative Korrelation zwischen den beiden Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem Supraleiter gibt. Die Studie verwendete Spinfilter aus Nanomagneten und Quantenpunkte.
Später erzeugten sie mithilfe winziger Magnete in jedem der beiden Quantenpunkte, die das Cooper-Elektronenpaar trennen, individuell einstellbare Magnetfelder. Da der Spin auch das magnetische Moment eines Elektrons bestimmt, wird jeweils nur eine bestimmte Art von Spin durchgelassen.
Mit einem hochmodernen Versuchsaufbau konnten die Physiker messen, dass der Spin des einen Elektrons nach oben zeigt, während der Spin des anderen nach unten zeigt und umgekehrt.
Projektleiter Andreas Baumgartner sagte: „Wir haben damit experimentell eine negative Korrelation zwischen den Spins von nachgewiesen gepaarte Elektronen"
Der Erstautor Dr. Arunav Bordoloi sagte: „Wir können beide Quantenpunkte so einstellen, dass hauptsächlich Elektronen mit einem bestimmten Spin durch sie hindurchgehen. Beispielsweise passiert ein Elektron mit Spin-Up einen Quantenpunkt und ein Elektron mit Spin-Down den anderen Quantenpunkt oder umgekehrt. Wenn beide Quantenpunkte so eingestellt werden, dass sie nur die gleichen Spins passieren, verringern sich die elektrischen Ströme in beiden Quantenpunkten, obwohl ein einzelnes Elektron durchaus einen einzelnen Quantenpunkt passieren kann.“
Andreas Baumgartner schließt ab, „Mit dieser Methode konnten wir erstmals solche negativen Korrelationen zwischen Elektronenspins eines Supraleiters nachweisen. Unsere Experimente sind der erste Schritt, aber noch kein endgültiger Beweis für verschränkte Elektronenspins, da wir die Ausrichtung der Spinfilter nicht beliebig festlegen können – aber wir arbeiten daran.“
Journal Referenz:
- Arunav Bordoloi, Valentina Zannier, Lucia Sorba, Christian Schönenberger, Andreas Baumgartner. Spin-Kreuzkorrelationsexperimente in einem Elektronenverschränker.Natur (2022), DOI: 10.1038 / s41586-022-05436-z
