Mostrar la correlación de espín entre electrones apareados

Newswise – Físicos de la Universidad de Basilea han demostrado experimentalmente por primera vez que existe una correlación negativa entre los espines de un par de electrones entrelazados de un superconductor. En su estudio, los investigadores utilizaron filtros giratorios hechos de nanoimanes y puntos cuánticos, informan en Scientific Journal. naturaleza.

El entrelazamiento entre dos partículas es uno de esos fenómenos de la física cuántica que son difíciles de reconciliar con la experiencia cotidiana. En el caso de entrelazamiento, ciertas propiedades de las dos partículas están estrechamente relacionadas, incluso cuando están muy separadas. Albert Einstein describió el enredo como «una acción aterradora a distancia». La investigación sobre el entrelazamiento entre partículas de luz (fotones) ganó el Premio Nobel de Física de este año.

Dos electrones también pueden enredarse, por ejemplo, en su espín. En un superconductor, los electrones forman los llamados pares de Cooper responsables de las corrientes eléctricas sin pérdidas en las que se entrelazan los ciclos individuales.

Durante varios años, los investigadores del Instituto Suizo de Nanociencia y del Departamento de Física de la Universidad de Basilea han podido extraer pares de electrones de un superconductor y separar espacialmente los dos electrones. Esto se logra mediante dos puntos cuánticos: estructuras nanoelectrónicas conectadas en paralelo, cada una de las cuales permite que solo pasen electrones individuales.

Los espines de los electrones son opuestos a los pares de Cooper.

El equipo del Prof. Dr. Christian Schönenberger y el Dr. Andreas Baumgartner, en colaboración con investigadores dirigidos por la Prof. Dra. Lucia Sorba del CNR Nanoscale Institute y la Scuola Normale Superiore en Pisa, ahora pueden probar sus experimentos de larga duración. . Era teóricamente esperado: los electrones de un superconductor siempre aparecen en pares con espines opuestos.

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Usando una configuración experimental innovadora, los físicos pudieron medir que el espín de un electrón apunta hacia arriba cuando el otro apunta hacia abajo, y viceversa. «Hemos demostrado experimentalmente una correlación negativa entre los espines de los electrones emparejados», explica el líder del proyecto, Andreas Baumgartner.

Los investigadores lograron esto usando un filtro giratorio que desarrollaron en su laboratorio. Usando un pequeño imán, generaron campos magnéticos ajustables individualmente en cada uno de los dos puntos cuánticos que separan los electrones del par de Cooper. Dado que el espín también determina el momento magnético del electrón, solo se permite que un tipo particular de espín lo atraviese a la vez.

«Podemos sintonizar ambos puntos cuánticos para que los electrones con un cierto giro pasen a través de ellos», explica el primer autor, el Dr. Arunav Bordoloi. Por ejemplo, un electrón con espín hacia arriba pasa a través de un punto cuántico y un electrón con espín hacia abajo pasa a través del otro punto cuántico, o viceversa. Si ambos puntos cuánticos están configurados para pasar solo los mismos espines, las corrientes eléctricas en ambos puntos cuánticos disminuir, aunque un electrón individual puede pasar a través de un solo punto cuántico”.

Andreas Baumgartner concluye: «De esta manera, pudimos detectar por primera vez tales correlaciones negativas entre los electrones que giran desde un superconductor». «Nuestros experimentos son el primer paso, pero aún no son una prueba definitiva del entrelazamiento de espín de electrones, ya que no podemos establecer arbitrariamente la orientación de los filtros de espín, pero estamos trabajando en ello».

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Investigación publicada recientemente en naturaleza, Es un paso importante hacia futuras investigaciones experimentales de los fenómenos de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento de partículas en sólidos, que también es un componente clave de las computadoras cuánticas.

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