Une corrélation négative est démontrée entre les deux spins d'une paire d'électrons intriqués

Si deux particules sont intriquées, leurs propriétés sont également étroitement liées, même lorsqu’elles sont éloignées. L’intrication entre deux électrons forme ce qu’on appelle des paires de Cooper dans un supraconducteur. Ces paires sont responsables des courants électriques sans perte dans lesquels les spins individuels sont intriqués.

Des scientifiques de l’Institut suisse des nanosciences et du Département de physique de l’Université de Bâle ont extrait des paires d’électrons d’un supraconducteur et isolé spatialement les deux électrons pendant plusieurs années. Pour ce faire, deux points quantiques parallèles, des structures nanoélectroniques qui ne permettent qu'un seul électron de circuler à travers chacun d'eux, sont utilisés pour y parvenir.

Maintenant, les physiciens du Université de Bâle ont démontré expérimentalement pour la première fois qu'il existe une corrélation négative entre les deux spins d'une paire d'électrons intriqués provenant d'un supraconducteur. L'étude a utilisé des filtres spin constitués de nano-aimants et points quantiques.

Plus tard, ils ont utilisé de minuscules aimants pour générer des champs magnétiques réglables individuellement dans chacun des deux points quantiques qui séparent les électrons de la paire de Cooper. Puisque le spin détermine également le moment magnétique d’un électron, un seul type particulier de spin est autorisé à la fois.

Les physiciens ont pu mesurer que le spin d’un électron pointe vers le haut lorsque le spin de l’autre pointe vers le bas, et vice versa, en utilisant un dispositif expérimental de pointe.

Andreas Baumgartner, chef de projet, a déclaré : « Nous avons ainsi prouvé expérimentalement une corrélation négative entre les spins de électrons appariés. »

Le premier auteur, le Dr Arunav Bordoloi, a déclaré : «Nous pouvons ajuster les deux points quantiques de manière à ce que principalement des électrons ayant un certain spin les traversent. Par exemple, un électron dont la spin est ascendante traverse un point quantique et un électron dont la spin est ralentie traverse l'autre point quantique, ou vice versa. Si les deux points quantiques sont configurés pour transmettre uniquement les mêmes spins, les courants électriques dans les deux points quantiques sont réduits, même si un électron individuel peut très bien traverser un seul point quantique.

Andrew Baumgartner conclut, « Grâce à cette méthode, nous avons pu détecter pour la première fois de telles corrélations négatives entre les spins des électrons d’un supraconducteur. Nos expériences constituent la première étape, mais ne constituent pas encore une preuve définitive des spins électroniques intriqués, car nous ne pouvons pas définir arbitrairement l’orientation des filtres de spin – mais nous y travaillons.

Journal de référence:

1. Arunav Bordoloi, Valentina Zannier, Lucia Sorba, Christian Schönenberger, Andreas Baumgartner. Expériences de corrélation croisée de spin dans un enchevêtreur d'électrons.Nature (2022), DOI : 10.1038 / s41586-022-05436-z