物理学家在 50 多年前通过将超导体上的人造原子中的电子配对来观察到量子态，从而创造了超导性的基本版本。 这一发现展示了成对电子（玻色子）的行为，它们可以在同一空间共存，与单个电子不同。 这项工作对于进一步理解纳米结构中的超导性及其在现代量子计算机中的潜在应用具有重要意义。
发现人造原子中电子的耦合
汉堡大学物理系的研究人员观察到了日本理论家 50 多年前理论上预测过的量子态，但迄今为止尚未被发现。 通过合成缝合线 玉米 在超导体的表面上，研究人员成功地将所谓量子点的电子配对，从而创造出尽可能最小的超导体。 该作品出现在最新一期的杂志上 自然。
电子行为和超导性
电子通常由于带负电荷而相互排斥。 这种排斥现象对影响材料的许多性能起着重要作用，其中包括电阻。 然而，如果电子成对“粘合”在一起并成为玻色子，情况就会发生根本性的变化。 与彼此排斥的孤电子不同，玻色子对可以共存于同一空间并执行相同的运动。
一些用银原子逐个建造的结构（小山丘）的 3D 渲染。 图像的左上象限显示了矩形和圆形字母笼。 图片来源：卢卡斯·施奈德
超导性是含有这些电子对的材料最有趣的特性之一——能够让电流在没有任何阻力的情况下通过。 多年来，超导性已被用于许多技术应用，例如磁共振成像和高灵敏度磁场探测器。 随着电子设备的不断小型化，人们越来越有兴趣了解如何在更小的、更小的尺寸中实现超导性。 纳米级 结构。
人造原子中的电子耦合
汉堡大学物理系和“CUI：高级物质成像”卓越小组的研究人员已经实现了称为量子点的人造原子中电子的耦合，量子点是纳米结构电子设备的最小构建块。 为此，由纳米结构与固体物理研究所的 Jens Wiebe 博士教授领导的实验人员将电子逐个原子地捕获在他们用银建造的微小笼子中。
通过将锁定的电子耦合到元素超导体，电子继承了超导体的配对趋势。 研究人员与托尔·布斯基 (Thor Buskey) 博士领导的理论质量物理学家团队一起，将实验特征（能量极低的光谱峰）与柴田文明 (Fumiaki Shibata) 在 20 世纪 70 年代初町田一茂 (Kazushige Machida) 预测的量子态相关联。
虽然迄今为止该状态未能通过实验方法直接检测到，但来自荷兰和丹麦的两个团队最近的研究表明，它有助于抑制瞬态量子位中不需要的噪声，而瞬态量子位是现代量子计算机的重要组成部分。
在一封私人电子邮件中，Kazushige Machida 写信给该出版物的第一作者 Lucas Schneider 博士：“感谢您‘发现’我半个世纪前的旧论文。我很长一段时间认为非磁性过渡金属杂质产生了间隙状态，但它们的位置非常接近间隙边缘。“超导，因此无法证明它的存在。但通过你巧妙的方法，我终于在实验上验证了它是正确的。”
参考文献：“逐个原子制造的量子点中的近似超导性”作者：Lukas Schneider、Khai That Ton、Eunice Ionides、Janice Neuhaus Steinmetz、Thor Boesky、Roland Weisendinger 和 Jens Wiebe，2023 年 8 月 16 日，可在此处获取。 自然。
DOI：10.1038/s41586-023-06312-0
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