Αποδεικνύεται αρνητική συσχέτιση μεταξύ των δύο σπιν ενός μπερδεμένου ζεύγους ηλεκτρονίων

Εάν δύο σωματίδια είναι μπερδεμένα, οι ιδιότητές τους είναι επίσης στενά συνδεδεμένες, ακόμη και όταν απέχουν πολύ μεταξύ τους. Η εμπλοκή μεταξύ δύο ηλεκτρονίων σχηματίζει τα λεγόμενα ζεύγη Cooper σε έναν υπεραγωγό. Αυτά τα ζεύγη είναι υπεύθυνα για τα ηλεκτρικά ρεύματα χωρίς απώλειες στα οποία μπλέκονται οι μεμονωμένες περιστροφές.

Επιστήμονες του Ελβετικού Ινστιτούτου Νανοεπιστήμης και του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου της Βασιλείας αφαίρεσαν ζεύγη ηλεκτρονίων από ένα υπεραγωγός και απομόνωσε χωρικά τα δύο ηλεκτρόνια για αρκετά χρόνια. Δύο παράλληλες κβαντικές κουκκίδες, νανοηλεκτρονικές δομές που επιτρέπουν μόνο σε ένα ηλεκτρόνιο να ρέει μέσα από κάθε μία, χρησιμοποιούνται για να επιτευχθεί αυτό.

Τώρα, οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας απέδειξαν πειραματικά για πρώτη φορά ότι υπάρχει αρνητική συσχέτιση μεταξύ των δύο σπιν ενός μπλεγμένου ζεύγους ηλεκτρονίων από έναν υπεραγωγό. Η μελέτη χρησιμοποίησε φίλτρα περιστροφής κατασκευασμένα από νανομαγνήτες και κβαντικές κουκίδες.

Αργότερα, χρησιμοποίησαν μικροσκοπικούς μαγνήτες για να δημιουργήσουν μεμονωμένα ρυθμιζόμενα μαγνητικά πεδία σε καθεμία από τις δύο κβαντικές κουκκίδες που χωρίζουν τα ηλεκτρόνια του ζεύγους Cooper. Δεδομένου ότι το σπιν καθορίζει επίσης τη μαγνητική ροπή ενός ηλεκτρονίου, επιτρέπεται μόνο ένας συγκεκριμένος τύπος σπιν τη φορά.

Οι φυσικοί κατάφεραν να μετρήσουν ότι το σπιν ενός ηλεκτρονίου δείχνει προς τα πάνω όταν το σπιν του άλλου δείχνει προς τα κάτω και αντίστροφα, χρησιμοποιώντας μια πειραματική διάταξη αιχμής.

Ο επικεφαλής του έργου Andreas Baumgartner είπε: «Έχουμε αποδείξει έτσι πειραματικά μια αρνητική συσχέτιση μεταξύ των περιστροφών του ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια. "

Ο πρώτος συγγραφέας Δρ. Arunav Bordoloi είπε, «Μπορούμε να προσαρμόσουμε και τις δύο κβαντικές κουκκίδες έτσι ώστε να περνούν μέσα από αυτές κυρίως ηλεκτρόνια με συγκεκριμένο σπιν. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο με σπιν προς τα πάνω διέρχεται από μια κβαντική κουκκίδα και ένα ηλεκτρόνιο με σπιν προς τα κάτω διέρχεται από την άλλη κβαντική κουκκίδα ή το αντίστροφο. Εάν και οι δύο κβαντικές κουκκίδες έχουν ρυθμιστεί να περνούν μόνο τις ίδιες περιστροφές, τα ηλεκτρικά ρεύματα και στις δύο κβαντικές κουκκίδες μειώνονται, παρόλο που ένα μεμονωμένο ηλεκτρόνιο μπορεί κάλλιστα να περάσει από μία μόνο κβαντική κουκκίδα.

Αντρέας Μπάουμγκαρτνερ καταλήγει στο συμπέρασμα, «Με αυτή τη μέθοδο, θα μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε τέτοιες αρνητικές συσχετίσεις μεταξύ των σπιν ηλεκτρονίων από έναν υπεραγωγό για πρώτη φορά. Τα πειράματά μας είναι το πρώτο βήμα, αλλά όχι ακόμη μια οριστική απόδειξη περίπλοκης περιστροφής ηλεκτρονίων, καθώς δεν μπορούμε να ρυθμίσουμε τον προσανατολισμό των φίλτρων σπιν αυθαίρετα – αλλά εργαζόμαστε πάνω σε αυτό».

Αναφορά στο περιοδικό:

1. Arunav Bordoloi, Valentina Zannier, Lucia Sorba, Christian Schönenberger, Andreas Baumgartner. Πειράματα διασταυρούμενης συσχέτισης περιστροφής σε εμπλοκή ηλεκτρονίων.Φύση (2022), DOI: 10.1038 / s41586-022-05436-z