Получена одиночная электронная волна

Физикам из Комитета по атомной энергии (CEA) и Национального центра по научным исследованиям (CNRS) (все Франция) удалось выполнить инжекцию нескольких электронов в проводник, не создав никакого возмущения.

Этот результат был достигнут путем генерации ультракоротких электрических импульсов с лоренцевским распределением во временной области. Квантовая электронная волна, полученная таким образом, была названа левитоном. Она распространяется без генерации шума или деформации, таким же способом, как и некоторые другие известные одиночные оптические и гидродинамические волны (солитоны). Эта работа открывает возможность создания новых простых и надежных источников электронов «по требованию», которые могут, в конечном итоге, оказаться полезными в квантовых информационных системах и других приложениях физики.

Генерировать и транспортировать электрический заряд через проводник на квантовом уровне является непростым делом. Попытки сделать это сталкиваются с одним значительным затруднением. Заряды движутся в проводнике, который полон электронов, и введение дополнительного заряда вызывает движение всех других зарядов. В квантовом мире это приводит к появлению колебания электрического тока. Конечный результат известен как дробовой эффект.

Исследователи занимались изучением гипотезы, предложенной почти двадцать лет назад теоретиком из МТИ Леонидом Левитовым. Если в проводнике создать импульса тока определенным образом, то возможно избежать генерации любых волн в море электронов в проводнике. Для того чтобы были выполнены необходимые условия, электрический заряд должен быть кратен одному заряду электрона, и его распределение во временной области должно быть лоренцевым.

Физики из CEA и CNRS удалось успешно инжектировать такой импульс в проводник. Длительность импульса была не более нескольких десятков пикосекунд (10^-12 сек). Это было достигнуто с помощью системы генерации произвольных сигналов каждые 40 пикосекунд. Проводник и детектор шума были разработаны экспертами из CEA, пионерами в технологии измерения уровня шума, в сотрудничестве со специалистами из CNRS.

Наномасштабная цепь использовала включенный квантовый точечный контакт, предназначенный для ограничения геометрии проводника (нанопроволоки). Этот контакт состоял из двух наноэлектродов, установленных перпендикулярно направлению тока, и разделенных расстоянием всего тридцать нанометров. Измерение шума и его затухания было значительным достижением, так как он никогда не превышал одного фемтоампера (10^-15 А). Исследователи смогли проверить экспериментально, что только те электронные возбуждения, которые удовлетворяли критериям, указанным Леонидом Левитовым, могут погасить шум.

По аналогии с солитонами, уединенными волнами, способными распространяться на очень большие расстояния без изменения, исследователи назвали эти новые фундаментальные возбуждения левитонами (от Левитов и солитон).

Эта работа открывает возможность создания новых простых и надежных источников электронов «по требованию», способных инжектировать сигналы, состоящие всего из нескольких электронов, в проводник. В дополнение к тому, что работа сама по себе представляет интерес для квантовой физики, генерация левитонов основана на замечательном свойстве модуляции волны, которое может найти применение в квантовых информационных системах и других областях физики.

Физики сумели инжектировать несколько электронов в проводник, не вызвав никаких возмущений