物理学者たちは50年前に理論化された量子状態を観察し、超伝導体の人工原子から電子を合わせて超伝導性の基本バージョンを生成しました。 今回の発見は、単一電子とは異なり、同じ空間に共存できるペアをなした電子（ボソン）の挙動を示す。 これは、ナノスケール構造の超伝導性の理解を高め、現代の量子コンピュータで潜在的に適用できる意味を持っています。
人工原子における電子対の発見
Universität Hamburgの物理学と研究者たちは、日本の理論家が50年以上前に理論的に予測してきたが、これまで検出されていない量子状態を観察した。 人工修正で 原子 超伝導体の表面では、研究者はいわゆる量子ドットの電子を対にすることに成功し、超伝導体の可能な最小バージョンを導いた。 その仕事はジャーナルの最新号に掲載されました。 自然。
前者の挙動と超伝導
電子は一般に負電荷のために互いに押し出される。 この反発現象は、多くの材料特性に影響を与える重要な役割を果たし、その1つは電気抵抗です。 しかし、電子がペアで「接着」してボソンになると、状況が大きく変わります。 互いに反発する孤独な電子とは異なり、ボソニックペアは同じ空間に共存でき、同じ動きをすることができます。
銀（小さな丘）で原子単位で構築されたいくつかの構造の3Dビュー。 長方形と円形の電子ケージが画像の左上の1/4に表示されます。 クレジット: ルーカス・シュナイダー
これらの電子対を含む材料の最も興味深い特性の一つは超伝導性である。 つまり、抵抗なしに電流を流す能力です。 超伝導性は、長年にわたり、磁気共鳴イメージングや高感度磁場検出器など、数多くの技術用途に利用されてきた。 電子機器の継続的な小型化により、超伝導性をより小さなサイズで達成できる方法を理解することに関心が高まっています。 ナノスケール 構造。
人工原子の電子対
Universität Hamburgの物理学とThe Cluster of Excellenceの「CUI：Advanced Imaging of Matter」の研究者たちは、ナノ構造電子デバイスの最小成分である量子ドットという人工原子で電子対を実現しています。 この目的のために、ナノ構造および固体物理学研究所のPD Dr. Jens Wiebeが率いる実験者は、電子を銀製の小さなケージに原子単位で固定しました。
固定された電子を元素超伝導体に結合することにより、電子は超伝導体から対になる傾向を受け継いだ。 Thore Posske博士が率いるクラスターの理論物理学者チームと一緒に、研究者たちは非常に低いエネルギーで分光ピークである実験信号を、Kazushige Machidaが前世紀70年代初頭に予測した量子状態と関連付けました。 柴田文明。
国家はこれまで実験的な方法で直接検出することを避けてきましたが、オランダとデンマークのチームの最近の研究によれば、現代の量子コンピュータの重要なコンポーネントであるトランスモンキュービットで望ましくないノイズを抑制するのに役立ちます。
個人の電子メール通信では、カズシゲマチダは出版物の最初の著者であるDr。 Lucas Schneiderに次のように書きました。 遷移金属の非磁性不純物がインギャップ状態を生成すると長い間考えてきたが、その位置が超伝導ギャップの端に近すぎてその存在を証明することは不可能である。 しかし、あなたの独創的な方法で、ついにそれが本当であることを実験的に確認しました。
参照：Lucas Schneider、Khai That Ton、Ioannidis、Jannis Neuhaus-Steinmetz、Thore Posske、Roland Wiesendanger、およびJens Wiebeによる「原子別製造量子ドットの近接超伝導性」、2023年8月16日、 自然。
DOI: 10.1038/s41586-023-06312-0
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