Fisikawan mengkonfirmasi keadaan kuantum yang diprediksi lebih dari 50 tahun yang lalu

Fisikawan mengamati keadaan kuantum, berteori lebih dari 50 tahun yang lalu, dengan memasangkan elektron dalam atom buatan pada superkonduktor, menciptakan versi dasar superkonduktivitas. Penemuan ini menampilkan perilaku elektron berpasangan (boson) yang dapat hidup berdampingan di ruang yang sama, tidak seperti elektron tunggal. Karya ini berimplikasi untuk memajukan pemahaman superkonduktivitas dalam struktur nano dan potensi penerapannya dalam komputer kuantum modern.

Temukan kopling elektron dalam atom buatan

Para peneliti dari Departemen Fisika Universitas Hamburg telah mengamati keadaan kuantum yang secara teoretis diprediksi oleh ahli teori Jepang lebih dari 50 tahun yang lalu, tetapi sejauh ini masih belum ditemukan. dengan jahitan sintetik Jagung Di permukaan superkonduktor, para peneliti telah berhasil memasangkan elektron dari apa yang disebut titik kuantum, sehingga menciptakan versi superkonduktor sekecil mungkin. Karya tersebut muncul di edisi terbaru majalah tersebut alam.

Perilaku elektron dan superkonduktivitas

Elektron biasanya saling tolak karena muatan negatifnya. Fenomena tolakan ini memainkan peran penting dalam mempengaruhi banyak sifat material, salah satunya adalah hambatan listrik. Namun, situasinya berubah secara radikal jika elektron “direkatkan” berpasangan dan dengan demikian menjadi boson. Tidak seperti elektron bebas, yang saling tolak, pasangan boson dapat hidup berdampingan di ruang yang sama dan melakukan gerakan yang identik.

Render 3D dari beberapa struktur yang dibangun atom demi atom dari perak (bukit kecil). Sangkar surat berbentuk persegi panjang dan melingkar ditampilkan di kuadran kiri atas gambar. Kredit: Lucas Schneider

Superkonduktivitas adalah salah satu sifat paling menarik dari bahan yang mengandung pasangan elektron ini – kemampuan untuk membiarkan arus listrik mengalir tanpa hambatan. Superkonduktivitas telah dimanfaatkan untuk banyak aplikasi teknologi selama bertahun-tahun, seperti pencitraan resonansi magnetik dan detektor medan magnet yang sangat sensitif. Dengan terus miniaturisasi perangkat elektronik, ada minat yang berkembang untuk memahami bagaimana mencapai superkonduktivitas dalam ukuran yang lebih kecil, skala nano struktur.

Kopling elektron dalam atom buatan

Para peneliti dari Departemen Fisika dan Grup Unggulan “CUI: Pencitraan Materi Lanjutan” di Universitas Hamburg telah menyadari penggandengan elektron dalam atom buatan yang disebut titik kuantum, blok bangunan terkecil untuk perangkat elektronik berstrukturnano. Untuk tujuan ini, para peneliti, yang dipimpin oleh PD Prof. Jens Wiebe dari Institute for Nanostructure and Solid State Physics, menjebak elektron dalam sangkar kecil yang mereka buat dari perak, atom demi atom.

Dengan menggabungkan elektron yang terkunci ke superkonduktor unsur, elektron mewarisi kecenderungan untuk berpasangan dari superkonduktor. Bersama dengan tim fisikawan massa teoretis, yang dipimpin oleh Dr. Thor Boesky, para peneliti mengkorelasikan tanda eksperimental, puncak spektral pada energi yang sangat rendah, dengan keadaan kuantum yang diprediksi oleh Kazushige Machida pada awal 1970-an oleh Fumiaki Shibata.

Sementara negara sejauh ini menghindari deteksi langsung dengan metode eksperimental, penelitian terbaru oleh dua tim dari Belanda dan Denmark menunjukkan bahwa itu berguna dalam menekan kebisingan yang tidak diinginkan dalam transmisi qubit, sebuah blok bangunan penting dari komputer kuantum modern.

Dalam email pribadi, Kazushige Machida menulis kepada penulis pertama publikasi tersebut, Dr. Lucas Schneider: “Terima kasih telah ‘menemukan’ makalah lama saya setengah abad yang lalu. Saya sudah lama berpikir bahwa pengotor logam transisi non-magnetik menghasilkan celah negara, tetapi lokasi mereka sangat dekat dengan tepi celah.” superkonduktor, dan karena itu tidak mungkin untuk membuktikan keberadaannya. Tetapi dengan metode cerdik Anda akhirnya saya memverifikasi bahwa itu benar secara eksperimental.”

Referensi: “Perkiraan Superkonduktivitas dalam Titik Kuantum yang Dibuat Atom demi Atom” Oleh Lukas Schneider, Khai That Ton, Eunice Ionides, Janice Neuhaus Steinmetz, Thor Boesky, Roland Weisendinger, dan Jens Wiebe, 16 Agustus 2023, Tersedia Di Sini. alam.
DOI: 10.1038/s41586-023-06312-0