Quando pensi allo spazio vuoto, quasi certamente immagini un vuoto in cui non può mai accadere nulla di interessante. Tuttavia, se ingrandiamo le scale di lunghezza minuscole in cui gli effetti quantistici iniziano a diventare importanti, si scopre che ciò che pensavi fosse vuoto è in realtà sempre pieno di una massa ribollente di attività elettromagnetica, mentre i fotoni virtuali entrano ed escono dall'esistenza. .
Questo fenomeno inaspettato è noto come campo di fluttuazione del vuoto. Ma poiché queste fluttuazioni dell'energia luminosa sono così piccole e fugaci nel tempo, è difficile trovare modi in cui la materia possa interagire con esse, soprattutto all'interno di un unico dispositivo integrato.
In uno studio intitolato "Rilevamento elettrico dell'interazione coerente ultraforte tra campi terahertz ed elettroni utilizzando contatti a punti quantici" pubblicato questo mese su Nano Letters , i ricercatori dell'Istituto di scienze industriali dell'Università di Tokyo sono riusciti a fabbricare un unico sistema ibrido su scala nanometrica per fare esattamente questo. Nella loro progettazione, un punto di contatto quantico collega un singolo risonatore ad anello diviso su chip con un sistema elettronico bidimensionale.
Il risonatore ad anello diviso, che è un anello metallico quadrato di dimensioni nanometriche con un piccolo spazio, risponde in modo più forte quando eccitato con frequenze di risonanza specifiche della radiazione elettromagnetica terahertz. Le misurazioni ottiche convenzionali in precedenza richiedevano array con molti risonatori, ma il team è ora in grado di rilevare l'accoppiamento ultraforte utilizzando un risonatore ad anello diviso da singolo terahertz collegato a elettroni 2D.
Per rendere più fattibile l’elaborazione delle informazioni quantistiche in futuro, è importante essere in grado di determinare lo stato quantistico utilizzando una struttura semplice e singola di risonatore. Questo obiettivo è reso più raggiungibile anche utilizzando il rilevamento elettrico, anziché ottico, che viene eseguito utilizzando il contatto elettrico del punto quantico.
"Si dice che la materia che può interagire con le fluttuazioni del vuoto del campo elettromagnetico si trovi nel regime di accoppiamento ultraforte", afferma il primo autore dello studio Kazuyuki Kuroyama. L'esperimento ha dimostrato che il segnale di corrente nel punto di contatto quantico potrebbe essere utilizzato per rilevare l'accoppiamento ultraforte del risonatore ad anello diviso singolo con il gas di elettroni 2D.
Inoltre, la corrente elettrica potrebbe essere misurata nel contatto del punto quantico, anche senza l'applicazione di radiazioni esterne. Le modulazioni della corrente hanno permesso ai ricercatori di concludere che le interazioni tra il gas di elettroni 2D e le fluttuazioni del campo del vuoto del risonatore stanno ancora avendo luogo in assenza di radiazioni terahertz.
"I nostri risultati potrebbero consentire sensori quantistici altamente sensibili che funzionano in base all'accoppiamento tra fluttuazioni del vuoto e un dispositivo quantistico ibrido integrato", afferma Kazuhiko Hirakawa, autore senior.
Oltre a saperne di più sulle leggi fondamentali della natura su scala molto piccola, i risultati di questo studio potrebbero essere utilizzati per aiutare a sviluppare futuri computer quantistici in grado di sfruttare i fenomeni usuali per elaborare o trasmettere dati.
Ulteriori informazioni: Kazuyuki Kuroyama et al, Rilevazione elettrica dell'interazione coerente ultraforte tra campi Terahertz ed elettroni utilizzando contatti di punti quantici, Nanolettere (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02272
Informazioni sul giornale: Nanolettere
Fornito dall'Università di Tokyo
