在纳米陷阱中检测到超快量子运动

 
KAIST研究人员报告了在硅晶体管中检测到皮秒电子运动的情况。这项研究提出了一种新的协议，用于以皮秒分辨率的有效时间分辨方式测量超快电子动力学。该检测是与日本的日本电报电话公司(NTT)和英国的国家物理实验室(NPL)合作完成的，这是我们所知的第一份报告。
当电子被捕获在固体中的纳米级陷阱中时，其量子机械波函数会在亚太赫兹频率下表现出空间振荡。时间分辨的这种皮秒动力学分析很重要，因为这种检测提供了一种理解纳米电子学中电子量子行为的方式。它还适用于量子信息技术，例如量子计算的超快速量子位操作和高灵敏度电磁场传感。但是，由于亚太赫兹尺度远远超出了最新的带宽测量工具，因此检测皮秒动态变化一直是一个挑战。
由沉兴善教授领导的一个KAIST团队开发了一种在纳米陷阱中超快电子动力学的理论，并提出了一种检测动力学的方案，该方案利用了在陷阱旁边形成的量子力学共振态。电子动力学和谐振状态之间的耦合以皮秒为单位进行开和关，以便在耦合打开时通过生成的电流读出有关动力学的信息。
NTT与NPL一起实现了检测方案，并将其应用于硅晶体管中形成的纳米陷阱中的电子运动。通过控制静电门将单个电子捕获到陷阱中，并在陷阱的势垒中形成谐振状态。
通过在皮秒内将共振能量与电子能量对准，可以实现电子与共振态之间耦合的接通和断开。仅在几个开尔文度下测量了从陷阱通过共振态到电极的电流，揭示了陷阱内部250 GHz频率电子的空间量子相干振荡。
Sim教授说：“这项工作提出了一种利用量子共振检测皮秒电子运动的方案。它将用于动态控制量子机械电子波，以实现纳米电子，量子感测和量子信息中的各种目的。 ”
这项工作于11月4日在线发表在《自然纳米技术》上。韩国国家研究基金会通过SRC凝聚态量子相干中心提供了部分支持。