Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och deras medarbetare har observerat hur energin hos en enskild elektron i ett halvledarmaterial kan kontrolleras exakt genom att justera positionerna för närliggande atomer. Denna upptäckt kan leda till nya sätt att skapa kvantenheter, såsom transistorer, som arbetar på mycket låga effektnivåer och är mer motståndskraftiga mot brus.

I traditionella halvledarenheter styrs flödet av elektroner genom att applicera ett elektriskt fält. Detta tillvägagångssätt begränsas dock av det faktum att elektroner också påverkas av den termiska rörelsen hos atomerna i materialet. Detta kan göra att enheterna blir bullriga och ineffektiva, särskilt vid höga temperaturer.

NIST-teamets tillvägagångssätt undviker detta problem genom att använda ett annat sätt att kontrollera flödet av elektroner. Istället för att applicera ett elektriskt fält använder de en teknik som kallas "kvantinneslutning" för att skapa en liten, isolerad region av halvledarmaterial där elektronerna är fria att röra sig. Denna region är omgiven av ett lager av atomer som fungerar som en barriär som hindrar elektronerna från att fly.

Genom att noggrant kontrollera atomernas positioner i barriärskiktet kunde forskarna justera energin hos den enstaka elektronen i det begränsade området. Detta gjorde det möjligt för dem att skapa en enhet som fungerar som en transistor, men utan behov av ett elektriskt fält.

NIST-teamets upptäckt kan leda till en ny generation kvantenheter som är mer kraftfulla och effektiva än traditionella halvledarenheter. Dessa enheter kan användas i en mängd olika applikationer, såsom kvantberäkning, kvantkryptografi och kvantavkänning.

Forskargruppens resultat publicerades i tidskriften Nature Nanotechnology.