Antakse teada, et Soome ja Venemaa teadlastel on läinud korda nn Cooper’i paare moodustavad elektronid ruumiliselt eraldada nii, et võivad tekkida omavahel kvantmehaaniliselt seotud elektronide paarid. Sellised, nn põimolekus elektronid on vajalikud näiteks kvantarvutite ehitamisel. Eksperimendis kasutati kahte grafeenist tehtud kvanttäppi.
Selline näeb välja grafeen – vaid üks kiht süsiniku aatomeid.
On olemas mittejuhid, pooljuhid, juhid ja … ülijuhid. Ülijuhtide elektritakistus on null või nullilähedane. Ülijuhtide teooria räägib Cooper’i paaridest – kui juhtides on elektrivool elektronide suunatud liikumine, siis ülijuhis liiguvad elektronid paarikaupa. Selliseid paare nimetatakse Cooper’i paarideks ja selle koosseisus olevate elektronide kohta öeldakse, et nad on põimitud, ehk põimolekus.
Kui ülijuhtides tekivad põimolekus elektronid lihtsalt, siis teine kogukond teadlasi tegeleb aktiivselt võimaluste otsimisega, kuidas põimolekus kvantsüsteeme tekitada. Ainuke Cooper’i paaride “viga”, mis takistab neid kasutamast näiteks kvantarvutite prototüüpides, on asjaolu, et Cooper’i paaride elektrone ei õnnestu ruumiliselt eraldada, nad liiguvad koos, ühte ja sedasama juhet mööda. Õigemini öeldes, nende eraldi liikumise tõenäosus on väga väike. Kuidas seda tõenäosust suurendada?
Üks võimalus on asendada juhtmed nanoskoopiliste kvanttäppidega – sellistes süsteemides on võimalik elektronide energiatasemed sedavõrd täpselt paika sättida, et ühe Cooper’i paari elektronid satuvad erinevatele energiatasemetele ja neid saab siis eraldada.
Eksperimendis kasutatud grafeenilehe pilt elektronmikroskoobis. Heledam hal on ränidioksid, tumedam grafeen. Grafeeni kvanttäpid on väiksed tumedad ristkülikud grafeenist ribade otstes. Valge joone pikkus on 1 µm.
Värskelt avaldatud töös on Pertti Hakonen koos kolleegidega Aalto Ülikoolist ja Gordey Lesovik Landau Teoreetilise Füüsika Instituudist Venemaal kasutanud kvanttäppide tegemiseks pooljuhtide asemel grafeeni. Mõte selles, et kuna grafeen on üliõhuke materjal, koosnedes vaid ühest süsiniku aatomite kihist, siis on elektronide liikumine seal palju sirgem ning järelikult on ka väiksem tõenäosus, et nad kiirgavad elektromagnetlaineid, mis võiks nende spinnolekut muuta.
Eksperimendis seati kvanttäppide energiatasemed selliselt, et need klapiksid täpselt ülijuhis tekkivate Cooper’i paaride elektronide energiatega. Pärast seda muutsid nad pinget ühel kvanttäpil ja mõõtsid teist kvanttäppi läbivat voolu. Nad avastasid, et enamikel pingetel ei olnud teises kvanttäpis üldse voolu, aga teatud pingel vool ühtäkki tekkis. Voolu tekkimist seletasid uurijad Cooper’i paaride elektronide eraldumisega.
Hakonen ja kolleegid hindavad, et selliselt suudetakse lahutada 10% Cooper’i paaridest, nii et edenemisruumi veel on. Tõestamist vajab ka see, et niimoodi eraldatud Cooper’i paaride elektronide vahel säilub põimolek, mis on krutsiaalne kvantrakendusteks.
Allikas: physicsworld.com
Leave a Reply