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Simulation der Elektronenbahnen nach einer Kollision in einem elektronischen Strahlteiler CREDIT
Physikalisch-Technische Bundesanstalt |
Abstract:
Elektrischer Strom ist ein Strom geladener Elementarteilchen. In Halbleiterbauelementen bewegen sich ballistische Elektronen mit hoher Geschwindigkeit, was es schwierig macht, sie einzeln anzusprechen. Eine kontrollierte Kollision einzelner Elektronen kann die erforderliche Zeitauflösung liefern, damit ein Elektron das andere abfragen kann. Das Funktionsprinzip einer solchen Elektronenkolliderschaltung ähnelt dem Treffen eines sich schnell bewegenden Projektils mit einem weiteren, zeitlich gut abgestimmten Schuss. Die Herausforderung besteht also darin, zwei einzelne Elektronen präzise zu synchronisieren, um ihre Wechselwirkung auszunutzen.
Elektronenbeschleuniger auf einem Chip
Braunschweig, Deutschland | Gepostet am 30. Juni 2023
Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler der PTB nun einen nanoskaligen Collider auf einem Halbleiterchip entwickelt. Ein solches Gerät integriert zwei Einzelelektronenquellen, die auf Pikosekundengenauigkeit getriggert werden können. Einzelelektronendetektoren zeichnen jeden Ausgang der Kollision auf. Ein Elektronenpaar wird von zwei getrennten Quellen erzeugt und auf sich kreuzende Bahnen gebracht, so dass es zu einer Kollision kommen kann. Wenn die Quellen genau synchronisiert sind, bestimmt die Wechselwirkung zwischen den Elektronen des Paares, welchen endgültigen Signalweg welches einzelne Teilchen erreicht. Trotz der Kürze der Begegnung ermöglichten die an der Universität Lettlands mit Beiträgen der Technischen Universität Braunschweig entwickelten theoretischen Modelle, aus den experimentellen Daten Elektronenbahnen abzuleiten und Möglichkeiten zur Steuerung der Zwei-Elektronen-Wechselwirkung für zukünftige Anwendungen zu entwickeln. Diese Demonstration zeitaufgelöster Wechselwirkung zeigt nicht nur, dass ein solches fliegendes Elektron als ultraschneller Sensor oder Schalter verwendet werden kann, sondern beweist auch einen Mechanismus zur Erzeugung von Quantenverschränkung – einer Schlüsselkomponente des Quantencomputings. Diese Ergebnisse erscheinen zusammen mit den konsistenten Ergebnissen von Forschungsteams unter der Leitung von NEEL und NPL und wurden in einem „News&Views“-Kommentar in Nature Nanotechnology veröffentlicht und vorgestellt
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Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
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