Когато електрон, потопен в морето на ферми, изплува отново
Тези резултати ще изяснят до каква степен тези електрони могат да се използват за внедряване на електронните аналози на квантови информационни експерименти, извършени с фотони.
Изследователите на SPEC, в сътрудничество с екипи от C2N и Университета в Генуа, наблюдават разтварянето и частичното повторно появяване на електрон, инжектиран с крайна енергия в едномерни хирални електронни канали, създадени от прилагането на интензивно магнитно поле по краищата на двуизмерна електронна система (в режим на квантов ефект на Хол).
Квантовият ефект на Хол е определено състояние на кондензирана материя, възникващо при ниска температура: когато интензивно магнитно поле се прилага перпендикулярно на равнината, съдържаща електронен газ, ограничен в две измерения, всички електрони приемат кръгова траектория. Без разпространение на електрон на голямо разстояние, по-голямата част от електронния газ след това става изолиращ. На ръба на пробата се отварят цял брой едномерни ръбови канали и следователно електрическият ток се транспортира само по тези канали (виж фигурата).
По този начин тези крайни канали образуват идеални и независими квантови проводници, без разсейване и хирално, тъй като посоката на разпространение на електроните е фиксирана от ориентацията на магнитното поле. Тези идеални характеристики са подтикнали през последните десетилетия да се занимават с изследвания в електронната квантова оптика, с цел да използват тези крайни канали като „оптични влакна“ за електроните. Тогава е възможно да се манипулират количествено кохерентно единичните заряди, разпространяващи се в тези крайни състояния.
Последните експерименти показват, че крайните канали не са напълно независими, но всъщност са свързани от електростатични взаимодействия: зарядите, които се движат в ръбовия канал, са чувствителни към наличието на заряди в съседния канал. Следователно елементарните състояния, естествено описващи системата, не съответстват на единичен заряд, разпространяващ се по ръбовия канал, а по-скоро на кохерентна суперпозиция на състояния, отразяващи разпространението на колективни възбуждания, разпределени между крайните канали. В експериментите с електронна квантова оптика тези взаимодействия се проявяват чрез декохерентност (загуба на квантова фаза) и енергийна релаксация:
По този начин електрон, излъчен в ръбовия канал в добре дефинирано квантово състояние, трябва да изпита загуба на квантова кохерентност, когато се преразпредели в колективни възбуждания, споделени с останалите канали. По същия начин неговата първоначална енергия, добре дефинирана над енергията на Ферми (всички електронни нива на канала на долния енергиен ръб, които са заети), постепенно ще намалява с разпространението на този електрон и че се създават неутрален заряд и ниско енергийни възбуждания по всички крайни канали.