设备分裂和重组超导电子对

时间:2019-12-30 18:49 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

设备分裂和重组超导电子对

理研所的物理学家们表示,一种能够分离和重组电子对的设备可能为研究一种不同寻常的超导形式提供了一种方法。这种超导状态将涉及一种叫做马约阿纳费米子的外来粒子,这种粒子可能会在量子计算机的发展中发挥作用。

在传统的超导体中,由于电子形成“库珀对”,电流流动没有阻力。超导体接触正常导体时,有时会使导体中的铜对产生超导性,使超导体穿透正常导体。

理研中心紧急的现在,Sadashige松尾物质科学和他的同事们已经创建了一个名为约瑟夫森结的装置,可以有效地分割这些库伯对旅行从一个超导体正常为两个一维导体(图1)。在此之前,大多数的调查库珀对分裂已经完成利用超导体的零维量子点的连接。

该装置有两个铝电极,当它们冷却到绝对零度以上1/20度时就会变成超导。电极由两根半导体纳米线连接。当电子在纳米线中移动而不被量子点等物体散射时,该团队能够实现库珀对的有效分裂。这与以前的研究形成了对比。

当库柏对在超导电极之间移动时,它们要么粘在一起,沿着单一的纳米线移动,这一效应被称为局域对隧穿,要么分裂,让每个电子穿过不同的纳米线。尽管这两个电子在物理上是分离的,但它们是通过一种叫做量子纠缠的效应连接在一起的。

通过微调控制电子流动的电压,研究小组确保了一半以上的库柏对在穿过纳米线时分裂,证明了该设备可以抑制局部隧穿(由于纳米线中的电子-电子相互作用)。到达另一边时,电子重新结合成库珀对。研究人员还发现,施加磁场比局部隧穿更能抑制合作对的分裂。

这些结果表明,该装置可以用来产生所谓的拓扑超导态,在这种超导态中,电子和空穴的叠加产生马约阿纳费米子,这是一种特殊的粒子,相当于它自己的反粒子。马略阿纳费米子之所以引起人们的兴趣,是因为它们可以被用作量子“比特”,在某些类型的量子计算机中携带信息,这些计算机有望拥有比传统技术所允许的更强大的处理能力。

Matsuo说:“我们的下一步是在双纳米线的超导连接处寻找马略阿纳费米子的指纹。”

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