在納米陷阱中檢測到超快量子運(yùn)動

KAIST研究人員報告了在硅晶體管中檢測到皮秒電子運(yùn)動的情況。這項研究提出了一種新的協(xié)議，用于以皮秒分辨率的有效時間分辨方式測量超快電子動力學(xué)。該檢測是與日本的日本電報電話公司(NTT)和英國的國家物理實驗室(NPL)合作完成的，這是我們所知的第一份報告。

當(dāng)電子被捕獲在固體中的納米級陷阱中時，其量子機(jī)械波函數(shù)會在亞太赫茲頻率下表現(xiàn)出空間振蕩。時間分辨的這種皮秒動力學(xué)分析很重要，因為這種檢測提供了一種理解納米電子學(xué)中電子量子行為的方式。它還適用于量子信息技術(shù)，例如量子計算的超快速量子位操作和高靈敏度電磁場傳感。但是，由于亞太赫茲尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最新的帶寬測量工具，因此檢測皮秒動態(tài)變化一直是一個挑戰(zhàn)。

由沉興善教授領(lǐng)導(dǎo)的一個KAIST團(tuán)隊開發(fā)了一種在納米陷阱中超快電子動力學(xué)的理論，并提出了一種檢測動力學(xué)的方案，該方案利用了在陷阱旁邊形成的量子力學(xué)共振態(tài)。電子動力學(xué)和諧振狀態(tài)之間的耦合以皮秒為單位進(jìn)行開和關(guān)，以便在耦合打開時通過生成的電流讀出有關(guān)動力學(xué)的信息。

NTT與NPL一起實現(xiàn)了檢測方案，并將其應(yīng)用于硅晶體管中形成的納米陷阱中的電子運(yùn)動。通過控制靜電門將單個電子捕獲到陷阱中，并在陷阱的勢壘中形成諧振狀態(tài)。

通過在皮秒內(nèi)將共振能量與電子能量對準(zhǔn)，可以實現(xiàn)電子與共振態(tài)之間耦合的接通和斷開。僅在幾個開爾文度下測量了從陷阱通過共振態(tài)到電極的電流，揭示了陷阱內(nèi)部250 GHz頻率電子的空間量子相干振蕩。

Sim教授說：“這項工作提出了一種利用量子共振檢測皮秒電子運(yùn)動的方案。它將用于動態(tài)控制量子機(jī)械電子波，以實現(xiàn)納米電子，量子感測和量子信息中的各種目的。 ”

這項工作于11月4日在線發(fā)表在《自然納米技術(shù)》上。韓國國家研究基金會通過SRC凝聚態(tài)量子相干中心提供了部分支持。