Главная Новости Физики доказали, что спины электронов сверхпроводника - запутаны

Как ведут себя спины электронов в сверхпроводниках?

Физики впервые продемонстрировали наличие отрицательной корреляции между двумя спинами запутанной пары электронов сверхпроводника. Для своего исследования ученые использовали спиновые фильтры из наномагнитов и квантовых точек, пишет Альтернативная наука.

Некоторые явления в квантовой физике, та же запутанность между двумя частицами, трудно совместить с повседневным опытом.

 

При запутывании определенные свойства двух частиц оказываются тесно связанными, даже если они находятся очень далеко друг от друга. Именно поэтому Альберт Эйнштейн назвал запутывание "жутким действием на расстоянии".

Странное, но важное для познания явление. И все же раскрытие тайн запутанности между фотонами было оценено Нобелевской премией по физике.

Итак, два электрона могут быть запутаны - например, в их спинах. В сверхпроводнике электроны образуют так называемые куперовские пары, отвечающие за электрические токи без потерь и в которых отдельные спины запутаны.

За несколько лет экспериментаторы из Швейцарского института нанонауки и физического факультета Базельского университета смогли извлечь электронные пары из сверхпроводника и пространственно разделить два электрона. Таким образом были созданы две квантовые точки - наноэлектронные структуры, соединенные параллельно, каждая из которых пропускает только одиночные электроны.

Электроны в сверхпроводниках ведут себя удивительно даже для квантовой физики

Команда профессора Кристиана Шененбергера и д-ра Андреаса Баумгартнера в сотрудничестве с исследователями под руководством Лючии Сорба из Института нанонауки и Скуола Нормале Супериоре в Пизе смогла экспериментально продемонстрировать то, что давно ожидалось теоретически: электроны из сверхпроводника всегда выходят парами с противоположными спинами.

О своих выводах они сообщили сегодня в научном журнале Nature.

Используя новейшую экспериментальную установку, физики доказали, что спин одного электрона направлен вверх, тогда как спин другого ориентирован вниз, и наоборот.

"Таким образом, мы экспериментально доказали отрицательную корреляцию между спинами парных электронов", - поясняет руководитель проекта Андреас Баумгартнер.

Исследователи добились позитивного резудбьаьа с помощью спинового фильтра, который они разработали в собственной лаборатории. Используя крошечные магниты, они создали индивидуально регулируемые магнитные поля в каждой из двух квантовых точек, которые разделяют электроны куперовской пары.

 

Поскольку спин также определяет магнитный момент электрона, за один раз пропускается только один конкретный тип спина.

"Мы можем настроить обе квантовые точки так, чтобы через них проходили только электроны с определенным спином", - рассказывает первый автор работы доктор Арунав Бордолой.

"Например, электрон со спином вверх проходит через одну квантовую точку, а электрон со спином вниз проходит через другую квантовую точку, или наоборот. Если обе квантовые точки настроены на прохождение только одинаковых спинов, то электрические токи в обеих квантовых точках уменьшаются, несмотря на то, что отдельный электрон вполне может пройти через одну квантовую точку".

"С помощью этого метода мы впервые смогли обнаружить отрицательные корреляции между спинами электронов из сверхпроводника", - заключает Андреас Баумгартнер.

"Наши эксперименты - это первый шаг, но еще не окончательное доказательство запутанности спинов электронов, поскольку мы не можем произвольно задавать ориентацию спиновых фильтров - но мы работаем над этим".

Исследование, результаты которого были недавно опубликованы в журнале Nature, считается важным шагом на пути к дальнейшим исследованиям квантово-механических явлений, таких, как запутанность частиц в твердых телах, которая также является ключевым компонентом квантовых компьютеров.