17 آگوست 2023 – توسط دانشگاه هامبورگ-نمای سه بعدی برخی از سازه های ساخته شده اتم به اتم از نقره (تپه های کوچک). یک قفس مستطیلی و یک قفس الکترونی دایره ای شکل در ربع سمت چپ بالای تصویر دیده می شود. اعتبار: لوکاس اشنایدر
محققان دپارتمان فیزیک در دانشگاه هامبورگ، وضعیت کوانتومی را مشاهده کردند که بیش از 50 سال پیش توسط نظریه‌پردازان ژاپنی پیش‌بینی شده بود، که تاکنون از کشف آن عاچز بودند. محققان با طراحی یک اتم مصنوعی روی سطح یک ابررسانا، موفق شدند الکترون‌های به اصطلاح نقطه کوانتومی را جفت کنند و در نتیجه کوچکترین نسخه ممکن از یک ابررسانا را القا کنند. این اثر در مجله Nature منتشر شده است.
معمولاً الکترون ها به دلیل بار منفی یکدیگر را دفع می کنند. این پدیده تأثیر زیادی بر خواص بسیاری از مواد مانند مقاومت الکتریکی دارد. اگر الکترون‌ها به هم چسبیده و جفت شوند و در نتیجه به بوزون تبدیل شوند، وضعیت به شدت تغییر می‌کند. جفت‌های بوزونی مانند تک تک الکترون‌ها از یکدیگر دوری نمی‌کنند، اما بسیاری از آنها می‌توانند در یک مکان قرار گیرند یا همان حرکت را انجام دهند.
یکی از جالب‌ترین ویژگی‌های ماده‌ای با چنین جفت‌های الکترونی، ابررسانایی است، امکان عبور جریان الکتریکی از ماده بدون هیچ مقاومت الکتریکی. برای سال‌های متمادی، ابررسانایی کاربردهای تکنولوژیکی مهمی پیدا کرده است، از جمله تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا آشکارسازهای بسیار حساس برای میدان‌های مغناطیسی.
امروزه، کاهش مقیاس مداوم دستگاه‌های الکترونیکی به‌شدت تحقیقاتی را در مورد چگونگی القای ابررسانایی به ساختارهای بسیار کوچک‌تر در مقیاس نانو راهنمایی می‌کند.
محققان دپارتمان فیزیک و خوشه تعالی “CUIتصویربرداری پیشرفته از ماده” در دانشگاه هامبورگ، اکنون جفت شدن الکترون ها را در یک اتم مصنوعی به نام نقطه کوانتومی، که کوچکترین بلوک ساختمانی برای دستگاه های الکترونیکی نانوساختار است، دریافته اند.
برای این منظور، محققان به سرپرستی دکتر ینس ویبه از موسسه نانوساختار و فیزیک حالت جامد، الکترون‌ها را در قفس‌های کوچکی که از نقره، اتم به اتم ساخته بودند، حبس کردند. با جفت کردن الکترون های قفل شده به یک ابررسانای عنصری، الکترون ها تمایل به جفت شدن را از ابررسانا به ارث بردند.
محققان به همراه تیمی از فیزیکدانان نظری خوشه به رهبری دکتر ثور پوسکه، امضای آزمایشی را که یک قله طیف‌سنجی با انرژی بسیار کم است، به حالت کوانتومی که در اوایل دهه 1970 توسط کازوشیگه ماچیدا و فومیاکی شیباتا پیش‌بینی شده بود، مرتبط کردند.
در حالی که این ایالت تاکنون از تشخیص مستقیم با روش‌های آزمایشی انجام نشده است، کار اخیر محققان هلندی و دانمارکی نشان می‌دهد که برای سرکوب نویزهای ناخواسته در کیوبیت‌های ترانسمون، یک واحد سازنده اساسی کامپیوترهای کوانتومی مدرن، مفید است.
کازوشیگه ماچیدا به نویسنده اول این نشریه، دکتر لوکاس اشنایدر نوشت: “از شما برای “کشف” مقاله قدیمی من در نیم قرن پیش تشکر می کنم. – حالت شکاف، اما مکان آن چنان نزدیک لبه شکاف ابررسانا است که اثبات وجود آن غیرممکن است. اما با روش مبتکرانه خود، در نهایت صحت آن را به صورت تجربی بررسی کردید.”
