Jos kaksi hiukkasta kietoutuvat toisiinsa, myös niiden ominaisuudet liittyvät läheisesti, vaikka ne ovat kaukana toisistaan. Kahden elektronin välinen sotkeutuminen muodostaa niin sanottuja Cooper-pareja suprajohteessa. Nämä parit ovat vastuussa häviöttömistä sähkövirroista, joihin yksittäiset spinit ovat sotkeutuneet.
Sveitsin nanotieteen instituutin ja Baselin yliopiston fysiikan laitoksen tutkijat ovat poistaneet elektronipareja suprajohde ja eristi spatiaalisesti kaksi elektronia useiden vuosien ajan. Tätä varten käytetään kahta rinnakkaista kvanttipistettä, nanoelektronisia rakenteita, jotka sallivat vain yhden elektronin virtauksen kunkin läpi.
Nyt fyysikot University of Basel ovat kokeellisesti osoittaneet ensimmäistä kertaa, että suprajohteen kietoutuvan elektroniparin kahden spinin välillä on negatiivinen korrelaatio. Tutkimuksessa käytettiin nanomagneeteista valmistettuja spin-suodattimia ja kvanttipisteet.
Myöhemmin he käyttivät pieniä magneetteja luodakseen yksilöllisesti säädettäviä magneettikenttiä kuhunkin kahdesta kvanttipisteestä, jotka erottavat Cooper-parin elektronit. Koska spin määrittää myös elektronin magneettisen momentin, vain yhden tietyntyyppinen spin sallitaan kerrallaan.
Fyysikot pystyivät mittaamaan, että yhden elektronin spin osoittaa ylöspäin, kun toisen spin osoittaa alaspäin ja päinvastoin käyttämällä huippuluokan kokeellista järjestelyä.
Projektin johtaja Andreas Baumgartner sanoi, "Olemme siis kokeellisesti osoittaneet negatiivisen korrelaation spinien välillä parillisia elektroneja"
Ensimmäinen kirjoittaja tohtori Arunav Bordoloi sanoi, ”Voimme säätää molempia kvanttipisteitä siten, että niiden läpi kulkee pääasiassa elektronit, joilla on tietty spin. Esimerkiksi elektroni, jolla on spin ylös, kulkee yhden kvanttipisteen läpi ja elektroni, jonka spin on alaspäin, kulkee toisen kvanttipisteen läpi tai päinvastoin. Jos molemmat kvanttipisteet on asetettu läpäisemään vain samat spinit, sähkövirrat molemmissa kvanttipisteissä vähenevät, vaikka yksittäinen elektroni voi hyvinkin kulkea yhden kvanttipisteen läpi.
Andrew Baumgartner päättelee, "Tällä menetelmällä pystyimme havaitsemaan tällaista negatiivista korrelaatiota suprajohteen elektronien spinien välillä ensimmäistä kertaa. Kokeilumme ovat ensimmäinen askel, mutta ei vielä lopullinen todiste kietoutuneista elektronien spineistä, koska emme voi asettaa spin-suodattimien suuntaa mielivaltaisesti – mutta työskentelemme sen eteen.
Lehden viite:
- Arunav Bordoloi, Valentina Zannier, Lucia Sorba, Christian Schönenberger, Andreas Baumgartner. Pyöritä ristikorrelaatiokokeita elektronien sekoittimessa.luonto (2022), DOI: 10.1038 / s41586-022-05436-z
