Электронный коллайдер на чипе, сталкивает электроны друг с другом

В наноэлектронных схемах один электрон может быть использован для точного изменения траектории другого электрона посредством их взаимного кулоновского взаимодействия.

Этот новый фундаментальный элемент схемы был продемонстрирован тремя независимыми исследовательскими группами, чьи взаимодополняющие открытия были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Электрический ток представляет собой поток заряженных элементарных частиц. В полупроводниковых устройствах баллистические электроны движутся с высокой скоростью, что затрудняет их индивидуальное обращение. Управляемое столкновение отдельных электронов может обеспечить временное разрешение, необходимое для опроса одного электрона другим. Принцип работы такой схемы электронного коллайдера похож на поражение одного быстро движущегося снаряда другим хорошо рассчитанным выстрелом. Поэтому задача состоит в том, чтобы точно синхронизировать два отдельных электрона для использования их взаимодействия.

Для этой цели ученые из PTB разработали наноразмерный коллайдер на полупроводниковом чипе. Такое устройство объединяет два одноэлектронных источника, которые могут быть запущены с точностью до пикосекунд. Одноэлектронные детекторы регистрируют каждый результат столкновения.

Пара электронов генерируется двумя раздельными источниками и помещается на пересекающиеся траектории таким образом, чтобы произошло столкновение. Если источники точно синхронизированы, то взаимодействие между электронами пары определит, какой конечный сигнальный путь достигнет та или иная частица.

Несмотря на краткость столкновения, теоретические модели, разработанные в Латвийском университете при участии Технического университета Брауншвейга, позволили вывести траектории электронов из экспериментальных данных и разработать способы управления взаимодействием двух электронов для будущих приложений.

Эта демонстрация взаимодействия с учетом времени не только показывает, что такой летающий электрон может быть использован в качестве сверхбыстрого датчика или переключателя, но и доказывает механизм создания квантовой запутанности - ключевого компонента квантовых вычислений.