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科学家研制出能诱捕、探测和操纵单个电子旋转的量子设备
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据www.physorg.com网站2007年9月27日报道，由美国布法罗大学工程师领衔的一个研究小组开发出一种新设备。它可以简单快捷地诱捕、探测和操纵单个电子旋转，清除了一些阻碍自旋电子学和基于电子旋转的量子计算发展的主要障碍。相关研究文章发表在本周出版的美国《物理评论快报》在线版杂志上，文章使得研发以利用单旋转为基础及具有低功率/高性能计算潜力的设备离现实更进了一步。 布法罗大学工程和应用科学学院的电子工程教授乔纳森·P·伯德是该项目的首席研究员，他称：“操控单电子旋转的任务是一项非常令人敬畏的技术挑战。它是非常有潜力的，如果能得以克服，我们就能开发出新的纳电子学范例。在这篇研究文章中，我们对一种创新方法进行了论证。它可以使我们轻松地在一种模式中诱捕、操控和探测单电子自旋。这种模式的潜力在于它可以按比例扩展成为致密的集成电路。” 虽然最近也有一些研究小组宣称他们捕获了单电子旋转，但他们都是利用量子点、纳米大小半导体在极冷的温度条件下（即绝对温度1度以下）论证旋转捕获的。伯德称，在日常条件下，将设备或计算机冷却到那样的温度是不可能的。它将使得系统非常容易被干扰。相反，布法罗大学研究小组捕获和探测旋转的温度约为绝对温度20度。伯德称，基于这种方法的标准将可以用于发展可靠的技术。此外，他们开发的这种系统需要相对较少的在半导体中控制电子流动的逻辑门，这将有助于增加测量复杂的集成电路的可行性。 布法罗大学研究人员通过他们创新的量子点接触成功实现他们的目标：即研发了在半导体的两个导通区域之间控制电荷流动的狭窄的纳米级缩颈。伯德称：“最近的预测显示，它应该可以利用这些缩颈来诱捕单电子自旋。事实上，我们在这篇研究文章中为使用量子点接触成功实现诱捕提供了证据，而且它还有可能实现电子操控。” 他们研发的这种系统可通过有选择性地向金属门供以一定的电压来操控半导体中的电流。这些金属门均装配在其表面。伯德解释称，这些金属门间拥有一个纳米大小的间隙，当向它们通以一定的电压时，量子点接触就会在这样的间隙中形成。 通过改变通向金属门的电压，能够对缩颈的宽度进行连续地压缩，直到它最终完全关闭。伯德解释称：“当我们增加金属上的电荷时，它就会开始弥合间隙。随着电荷的增加，它就会允许越来越少的电子通过，直到它们全部不能通过。就在间隙快要完全关闭之前，当我们对这一通道进行挤压时，我们就能探测到通道内最后电子的捕获及其旋转情况”。他解释称，在那一瞬间，旋转的捕获表现为流过设备另一半的电流的变化情况。他称：“设备的一个区域很容易感受到另一区域所发生的情况”。既然布法罗大学的研究人员已经诱捕和探测到了单电子旋转，那么下一步的研究工作就是诱捕和探测两个或更多相互联系的电子旋转。这是自旋电子学和量子计算发展的先决条件 |
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