En enhet som kan separera och rekombinera elektronpar kan erbjuda ett sätt att studera en ovanlig form av supraledning, enligt RIKEN -fysiker. Detta supraledande tillstånd skulle innebära exotiska partiklar som kallas Majorana fermioner som kan visa sig vara användbara vid utveckling av kvantdatorer.

I konventionella supraledare, elektrisk ström flödar utan motstånd på grund av att elektroner samarbetar för att göra 'Cooper -par'. En superledare som vidrör en normal ledare kan ibland framkalla supraledning i den ledaren genom Cooper -par från superledaren som tränger in i den normala ledaren.

Nu, Sadashige Matsuo från RIKEN Center for Emergent Matter Science och kollegor har skapat en enhet som kallas en Josephson -korsning, som effektivt kan dela upp dessa Cooper-par när de färdas från en superledare till två endimensionella normala ledare (fig. 1). Tidigare, de flesta undersökningar av Cooper-par-splittring har gjorts med hjälp av noldimensionella "kvantprickar" anslutna av superledare.

Enheten hade två aluminiumelektroder, som blir supraledande när de kyls till bara 1/20 av en grad över absolut noll. Elektroderna överbryggas av två halvledar -nanotrådar. Teamet kunde uppnå en effektiv uppdelning av Cooper -par när elektronerna färdades i nanotrådarna utan att bli spridda av föremål som kvantprickar. Detta står i kontrast till tidigare studier.

När Cooper -par reser mellan de superledande elektroderna, de kan antingen hålla ihop och resa längs en enda nanotrådsledare, en effekt som kallas lokal par -tunneling, eller de kan dela sig så att varje elektron färdas genom en annan nanotråd. Trots deras fysiska separation, de två elektronerna är anslutna via en effekt som kallas kvantinvikling.

Genom att finjustera spänningen som styrde elektronflödet, laget såg till att mer än hälften av Cooper -paren delades upp när de reste genom nanotrådarna, som visar att enheten kan undertrycka lokal parningstunnel (på grund av elektron -elektron -interaktioner i nanotrådarna). När man når andra sidan, elektronerna rekombinerade till Cooper -par. Forskarna fann också att applicering av ett magnetfält dämpade Cooper-par som splittrades mer än lokala par-tunnlar.

Dessa resultat indikerar att enheten kan användas för att generera det som kallas ett topologiskt supraledande tillstånd, där superpositionen av en elektron och ett hål genererar Majorana fermioner, en speciell typ av partikel som motsvarar sin egen antipartikel. Majorana fermioner är av intresse eftersom de kan användas som kvantbitar som bär information i vissa typer av kvantdatorer, som lovar att ha betydligt större processorkraft än vad konventionell teknik tillåter.

"Vårt nästa steg är att söka fingeravtryck av Majorana -fermionerna i de supraledande korsningarna av en dubbel nanotråd, "Säger Matsuo.