Forskare vid universitetet i Basel och Lunds universitet har genererat supraledande partillstånd av elektroner på flera segment av en nanotråd, åtskilda av växande barriärer. Beroende på höjden på barriärerna kan dessa partillstånd kopplas ihop och smälta samman.
Resultaten publicerades i Communications Physics och ge viktiga insikter för utvecklingen av nya kvanttillstånd.
I en supraledare bildar elektroner ett slags par som resulterar i nya materialegenskaper som avledningsfria strömmar. Om ett halvledande material bringas i kontakt med en supraledare, kan elektronerna i en halvledare också gå in i liknande partillstånd som kallas Andreev bound states (ABS).
Sådana tillstånd som bildas på enskilda, långa, tunna kristaller – så kallade nanotrådar – har blivit fokus för ökad forskning under flera år, eftersom de kan vara särskilt bra informationsbärare.
Forskare i teamet av professor Christian Schönenberger och Dr Andreas Baumgartner från Institutionen för fysik och schweiziska nanovetenskapliga institutet vid universitetet i Basel och kollegor från Lunds universitet har nu lyckats generera sådana partillstånd på tre segment av en nanotråd, som är åtskilda av barriärer som växer i kristallen. Forskarna kan manipulera höjden på barriärerna med hjälp av en elektrisk spänning.
"Vi kan identifiera respektive tillstånd genom egenskaper i den elektriska strömmen", förklarar första författaren till publikationen, Dr Christian Jünger. Om barriärerna är stora, bildas individuella, oberoende Andreev-bundna tillstånd på de två segmenten nära en supraledare.
Analogt med enelektrontillstånden i naturliga atomer i kemi kan dessa betraktas som Andreev-atomer. När barriärerna mellan segmenten minskar, kopplas ABS:erna och bildar tillstånd som ofta kallas Andreev-molekyler.
När forskarna sänker barriärerna nästan helt, skapas partillstånd som sträcker sig över hela nanotråden och leder elektrisk ström utan förlust - ett fenomen som kallas Josephson-effekten. "Detta motsvarar en sammansmältning av de ursprungliga Andreev-bundna tillstånden till Andreev-helium - liknande fusionerade väteatomer", säger Dr. Andreas Baumgartner.
I framtida experiment kommer forskare att undersöka denna fusionsprocess med en liknande typ av partillstånd, så kallade Majorana-bundna tillstånd, och därmed ta ett viktigt steg mot tillämpning för kvantdatorer.
Mer information: Christian Jünger et al, Mellantillstånd i Andreev bunden tillståndsfusion, Kommunikationsfysik (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01273-2
Journalinformation: Kommunikationsfysik
Tillhandahålls av University of Basel
