Bir saniyenin trilyonda bir çözünürlüğüne sahip partikülleri pining yapan tek elektronlar için son derece hassas bir tespit yöntemi, gelecekteki kuantum teknolojileri için değerli bir yapı taşı sağlayabilir.
Hızlı bir yalnız elektron tespit etmek zor bir iştir
Artık saniyenin birkaç trilyonunun çözünürlüğüyle tek elektronları tespit edebiliriz ve bu yeni nesil kuantum elektronik cihazlar inşa etmek için gerekli olabilir.
Geleneksel elektronik devreler birçok elektronla doldurulur, ancak bu parçacıklar arasındaki etkileşimler genellikle verimliliklerini ve etkinliklerini azaltır. Tek elektronları her seferinde sadece bir elektron kullanan hızlı ve verimli devreler yapacak kadar iyi kontrol edebilir miyiz? İngiltere ve meslektaşlarındaki Ulusal Fiziksel Laboratuar’da (NPL) Masaya Kataoka, elektronları tespit etmek için son derece hassas bir yöntem geliştirerek bu hedefe bir adım daha yaklaştılar.
İki elektronun iki farklı noktada yarı iletken malzeme galyum arsenitinin ince bir parçasına enjekte ettiler. Yüklü parçacıklar birbirine çok hızlı hareket ettiler. Yolları çok yaklaştığında, elektronlar arasında bir elektrik kuvveti onları ayırdı ve kendi yörüngelerini büktü. Araştırmacılar elektronlardan birini takip ettiler ve bu sapmayı diğer elektronun varlığını tespit etmek için kullandılar. Etkileşimin bir saniyesinin 6 trilyonunda, önceki elektron tespitlerinden yaklaşık 100 kat daha hızlı bulabildiler.
Kataoka, “Deneyimiz dünyanın en küçük sensörü – bir elektron – dünyanın en küçük nesnesini tespit eden bir elektron olarak görülebilir” diyor.
Takım üyesi Jon Fletcher, NPL’de de elektronlar arasındaki etkileşimlerin saniyenin birkaç trilyonunda bitebileceğini söylüyor. Artık bu zaman ölçeğine erişebildiklerine göre, araştırmacılar bir cihazda iki elektronun tam olarak neler yaptıklarıyla ilgili soruları cevaplamaya başlayabilir ve bu bilgiyi yeni elektronik türleri tasarlamak için kullanabilirler.
Letonya Üniversitesi’ndeki Vyacheslavs Kashcheyevs, bu çalışmanın tek hızlı elektronlara dayanan yeni nesil elektroniklerin geliştirilmesinde bir kilometre taşı olabileceğini söylüyor. Özellikle, tek bir elektron temelde kuantum bir parçacıktır. Bu, gelecekteki cihazların kuantum bilgi işlem ve iletişimde zaten kaldırılmış olanlar gibi kuantum özelliklerini doğrudan kullanabileceği anlamına geliyor.
Araştırmacılar, tek bir elektrona dayalı cihazların, tek bir ışık parçacığına dayanan kuantum cihazlarla aynı görevlerin bazılarını gerçekleştirebileceğini düşünürken, aynı zamanda çok daha küçüktür. Finlandiya’daki Aalto Üniversitesi Christian Flindt, bu tür elektron bazlı cihazların kullanım kolaylığı için çiplere bile entegre edilebileceğini söylüyor. Bunun gibi bir tespit şemasının tüm bu potansiyel uygulamalar için gerekli bir yapı taşı olacağını söylüyor.
Almanya’daki Leibniz Üniversitesi Hannover’deki Rolf Haug, bulguların elektrik akımları anlayışımıza da katkıda bulunabileceğini söylüyor. Şimdi bir birim elektrik akımı belirlemek için kullandığımız standart, ekibin elektronları deneylerine enjekte etmek için kullanılan “elektron pompalarını” mükemmelleştirerek geliştirilebilir.
