Als twee deeltjes verstrengeld zijn, zijn hun eigenschappen ook nauw met elkaar verbonden, zelfs als ze ver uit elkaar liggen. De verstrengeling tussen twee elektronen vormt in een supergeleider zogenaamde Cooper-paren. Deze paren zijn verantwoordelijk voor de verliesloze elektrische stromen waarin de individuele spins verstrikt zijn.
Wetenschappers van het Zwitserse Nanoscience Instituut en het Departement Natuurkunde van de Universiteit van Basel hebben elektronenparen verwijderd uit a supergeleider en isoleerde de twee elektronen gedurende meerdere jaren ruimtelijk. Om dit te bereiken worden twee parallelle kwantumdots gebruikt, nano-elektronische structuren die slechts één elektron door elkaar laten stromen.
Nu hebben natuurkundigen van de Universiteit van Basel hebben voor het eerst experimenteel aangetoond dat er een negatieve correlatie bestaat tussen de twee spins van een verstrengeld elektronenpaar uit een supergeleider. Bij het onderzoek werd gebruik gemaakt van spinfilters gemaakt van nanomagneten en quantum dots.
Later gebruikten ze kleine magneten om individueel instelbare magnetische velden te genereren in elk van de twee kwantumdots die de elektronen van het Cooper-paar scheiden. Omdat de spin ook het magnetische moment van een elektron bepaalt, wordt er slechts één bepaald type spin tegelijk doorgelaten.
De natuurkundigen konden met behulp van een geavanceerde experimentele opstelling meten dat de spin van het ene elektron naar boven wijst wanneer de spin van het andere elektron naar beneden wijst, en omgekeerd.
Projectleider Andreas Baumgartner zei: “We hebben dus experimenteel een negatieve correlatie bewezen tussen de spins van gepaarde elektronen. '
Eerste auteur Dr. Arunav Bordoloi zei: “Beide kwantumdots kunnen we zo aanpassen dat er vooral elektronen met een bepaalde spin doorheen gaan. Een elektron met spin-up gaat bijvoorbeeld door de ene kwantumdot en een elektron met spin-down gaat door de andere kwantumdot, of omgekeerd. Als beide kwantumdots zo zijn ingesteld dat ze slechts dezelfde spins passeren, worden de elektrische stromen in beide kwantumdots verminderd, ook al kan een individueel elektron heel goed door één enkele kwantumdot gaan.”
Andrew Baumgartner concludeert, “Met deze methode konden we voor het eerst zulke negatieve correlaties tussen elektronenspins van een supergeleider detecteren. Onze experimenten zijn de eerste stap, maar nog geen definitief bewijs van verstrengelde elektronenspins, omdat we de oriëntatie van de spinfilters niet willekeurig kunnen instellen – maar we werken eraan.”
Journal Reference:
- Arunav Bordoloi, Valentina Zannier, Lucia Sorba, Christian Schönenberger, Andreas Baumgartner. Draai kruiscorrelatie-experimenten in een elektronenverstrengeling.NATUUR (2022), DOI: 10.1038 / s41586-022-05436-z
