Micrografia elettronica a scansione colorata del campione:interferometro di Mach Zehnder e strategia di confinamento utilizzata per ottenere e dimostrare una lunghezza di coerenza elettronica record di 0,25 mm. Credito:© C2N
Un team di ricercatori del Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N, CNRS/Univ. Paris-Saclay) ha ottenuto sperimentalmente la propagazione coerente degli elettroni nei circuiti su distanze macroscopiche attraverso una nuova strategia di nanoingegneria.
La coerenza quantistica delle quasiparticelle elettroniche è alla base di molte delle proprietà di trasporto emergenti dei conduttori su piccola scala. Sono ora disponibili nuove implementazioni elettroniche di dispositivi di ottica quantistica con prospettive come le manipolazioni di qubit "volanti". Però, l'interferenza quantistica elettronica nei conduttori (lunghezza di coerenza quantistica) è stata limitata a percorsi di propagazione inferiori a 30 μm, indipendentemente dal materiale, geometria e condizioni sperimentali. Valori massimi notevolmente simili sono stati ottenuti nei semiconduttori balistici, metalli diffusivi e materiali 2-D come il grafene.
Usando la nanoingegneria dei circuiti, i ricercatori del team guidato da Frédéric Pierre (CNRS) e Anne Anthore (Université de Paris) presso C2N hanno raggiunto un valore macroscopico della lunghezza della coerenza quantistica—0,25 mm, visibile ad occhio nudo. Si è verificato lungo i canali di bordo che guidano gli elettroni nel regime di Hall quantistica. Normalmente in questa configurazione, la coerenza è limitata dall'accoppiamento di elettroni tra canali adiacenti. Per evitare collisioni tra i canali, i ricercatori hanno fabbricato una nanostruttura che confina gli elettroni in piccoli anelli all'interno di compartimenti che rivestono la parete interna del canale. Questo confinamento costringe i canali interni a rimanere nel loro stato fondamentale, che rende impossibili le collisioni anelastiche tra gli elettroni. Scoprono che questo, combinato con un eccezionale isolamento da altri meccanismi di decoerenza, aumenta la lunghezza della coerenza di circa un ordine di grandezza.
Questo lavoro estende le possibilità di sfruttare i comportamenti quantistici degli elettroni fino a scale di lunghezza macroscopica, e apre nuove prospettive nell'ottica elettronica quantistica.
