Фізика
Фізика

Нагрітий графен заплутав електрони у надпровіднику

У надпровідниковій структурі вдалося створити заплутані електрони завдяки нагріванню графену. Термоелектричний ефект виникав за зміни різниці температур у графені та викликав роз’єднання куперівських пар, не порушуючи їхньої заплутаності на відстані. Це новий спосіб генерації заплутаних електронів у надпровідних структурах, повідомляють вчені у статті опублікованій у журналі Nature Communications.

Зелений - графен, сірий - кремнієва підкладка, через яку передавалося тепло для розщеплення, а синій - металеві включення. Нагріта область відмічена червоним/Nature Communications, 2020

Зелений - графен, сірий - кремнієва підкладка, через яку передавалося тепло для розщеплення, а синій - металеві включення. Нагріта область відмічена червоним/Nature Communications, 2020

Навіщо заплутувати електрони?

Якщо дві квантові частинки знаходяться в стані заплутаності, то їх квантові стани виявляються взаємозалежними, причому цей зв'язок поширюється на відстані, що перевищують довжину всіх відомих взаємодій. Так при зміні квантового стану однієї з двох квантово заплутаних частинок, автоматично змінюється і стан другої, а отже якщо спостерігач дізнається стан одного з об'єктів, він також дізнається і стан іншого, навіть якщо вони знаходяться на значній відстані. Така суперечлива властивість грає велику роль для квантових технологій, де забезпечує збільшення обчислювальної потужності та використовується для безпечного обміну інформацією. Тому вченим важливо навчитися швидко та ефективно заплутувати електрони.

Як їх вдалося заплутати у надпровіднику?

Генерація електричної напруги в провіднику шляхом застосування градієнта температури називається ефектом Зеєбека. Цей ефект є одним з термоелектричних і його зворотна спрямованість широко використовується у різних сферах від термоелектричних генераторів до зондування температури. У своїй роботі вчені вивчали дію цього ефекту на так звані куперівські пари, квазічастинки зі зв’язаних між собою електронів, що лежать в основі пояснення явища надпровідності на мікрорівні, теорії Бардіна-Купера-Шріффера. Так вони з’ясували, що саме мезоскопічні термоелектричні ефекти, що виникають внаслідок взаємодії нелокального розпаду куперівської пари та пружного співтунелювання в гібридних структурах типу метал-надпровідник- метал, є ефективним інструментом для отримання заплутаних електронів.

Дослідники розробили пристрій на основі графену, що складається з двох квантових точок, з'єднаних з алюмінієвим надпровідником. Використовуючи різницю температур, вчені змушували куперівські пари розщеплюватися, після чого кожен електрон потім переміщувався до іншого металевим електродом. Експеримент показав, що процес розщеплення куперівських пар працює як механізм перетворення різниці температур в електричні сигнали в надпровідних структурах, а розроблена експериментальна схема також може стати платформою для оригінальних квантових термодинамічних експериментів.