Исследователи, во главе с профессором Домиником Цумбулем от Отдела Базельского университета Физики, использовали квантовые провода, сделанные из полупроводникового арсенида галлия. Это одномерные структуры, в которые электроны могут переместиться только в одном пространственном направлении.При температурах выше 10 kelvin квантовые провода показали универсальную, квантовавшую проводимость, предположив, что электронные вращения не были заказаны.
Однако, когда исследователи использовали жидкий гелий, чтобы охладить провода к температуре ниже 100 millikelvin (0.1 kelvin), электронные измерения показали понижение проводимости фактором два, который предложит коллективную ориентацию электронного вращения. Это государство также осталось постоянным, когда исследователи охладили образец к еще более низким температурам, вниз к 10 millikelvin.Электронно-ядерное сцепление вращения
Результаты исключительные, потому что это – первый раз, когда ядерный заказ вращения был измерен при температурах целых 0.1 kelvin. Ранее, непосредственный ядерный заказ вращения наблюдался только при намного более низких температурах, как правило ниже 1 microkelvin; т.е. пять порядков величины понижаются в температуре.
Причина, почему ядерный заказ вращения уже возможен в 0.1 kelvin, состоит в том, что ядра атомов галлия и мышьяка в этих, квант телеграфирует пару к электронам, которые самим действуют назад на ядерные вращения, которые снова взаимодействуют с электронами и так далее. Этот механизм обратной связи сильно усиливает взаимодействие между магнитными моментами, таким образом создавая объединенный ядерный и электронный магнетизм вращения. Этот заказ далее стабилизирован тем, что у электронов в таких квантовых проводах есть сильные взаимные взаимодействия, врезаясь друг в друга как железнодорожные вагоны на одноколейном пути.
Винтовой электронный и ядерный заказ вращенияИнтересно, в заказанном государстве, вращения электронов и ядер все не указывают в том же самом направлении.
Вместо этого они принимают форму спирали, вращающейся вдоль квантового провода. Эта винтовая договоренность предсказана теоретической моделью, описанной профессором Дэниелом Лоссом и сотрудниками в Базельском университете в 2009.
Согласно этой модели, проводимость понижается фактором два в присутствии ядерной спирали вращения. Все другие существующие теории несовместимы с данными из этого эксперимента.Шаг ближе к разработке квантовых компьютеровРезультаты эксперимента важны для фундаментального исследования, но также интересны для разработки квантовых компьютеров на основе электронного вращения как единица информации (предложенный Дэниелом Лоссом и Дэвидом П. Дивинсензо в 1997).
Для электронных вращений, которые будут использоваться для вычисления, они должны сохраниться стабильность в течение длительного периода. Однако трудность управления ядерными вращениями представляет основной источник ошибки для стабильности электронных вращений.
Работа Базельских физиков открывает новые пути для смягчения этих подрывных ядерных колебаний вращения: с ядерным заказом вращения, достигнутым в эксперименте, может быть возможно произвести намного более стабильные единицы информации в квантовых проводах.Кроме того, ядерными вращениями можно управлять с электронными областями, который не был ранее возможен. Применяя напряжение, электроны удалены из полупроводника, который расторгает сцепление электронного ядра и винтовой заказ.
Работа проводилась международной командой во главе с профессором Домиником Цумбулем от Отдела Базельского университета Физики; команда получила поддержку в измерениях из Гарвардского университета (профессор Амир Якоби). Нанопроводы произошли из Принстонского университета (Лорен Н. Пфайффер и Кен Вест).
Исследование было co-funded европейским Научным советом, швейцарским Национальным научным фондом, Базельским Центром Квантовой Последовательности Вычисления и Кванта (Базель Центр QC2), швейцарский Институт Нанонауки и NCCR Quantum Science & Technology (QSIT).