Micrografía electrónica de barrido en color de la muestra:interferómetro Mach Zehnder y estrategia de confinamiento utilizada para obtener y demostrar una longitud de coherencia electrónica de registro de 0,25 mm. Crédito:© C2N
Un equipo de investigadores del Centre de Nanociences et de Nanotechnologies (C2N, CNRS / Univ. Paris-Saclay) ha logrado experimentalmente la propagación coherente de electrones en circuitos a distancias macroscópicas a través de una nueva estrategia de nanoingeniería.
La coherencia cuántica de las cuasipartículas electrónicas sustenta muchas de las propiedades de transporte emergentes de los conductores a pequeña escala. Las nuevas implementaciones electrónicas de dispositivos de óptica cuántica ahora están disponibles con perspectivas tales como manipulaciones de qubit 'voladores'. Sin embargo, La interferencia cuántica electrónica en conductores (longitud de coherencia cuántica) se ha limitado a trayectos de propagación inferiores a 30 μm, independientemente del material, geometría y condiciones experimentales. Se obtuvieron valores máximos notablemente similares en semiconductores balísticos, metales difusores y materiales 2-D como el grafeno.
Usando nano-ingeniería de circuitos, Los investigadores del equipo dirigido por Frédéric Pierre (CNRS) y Anne Anthore (Université de Paris) en C2N han logrado un valor macroscópico de la longitud de coherencia cuántica:0,25 mm, visible a simple vista. Ocurrió a lo largo de los canales de borde que guían a los electrones en el régimen de Hall cuántico. Normalmente en esta configuración, la coherencia está limitada por el acoplamiento de electrones entre canales adyacentes. Para evitar colisiones entre canales, los investigadores fabricaron una nanoestructura que confina los electrones a pequeños bucles dentro de los compartimentos que recubren la pared del canal interior. Este confinamiento obliga a los canales internos a permanecer en su estado fundamental, lo que imposibilita las colisiones inelásticas entre electrones. Ellos encuentran que esto, combinado con un aislamiento excepcional de otros mecanismos de decoherencia, aumenta la longitud de coherencia en aproximadamente un orden de magnitud.
Este trabajo amplía las posibilidades de explotar los comportamientos cuánticos de los electrones hasta escalas de longitud macroscópica, y abre nuevas perspectivas en óptica electrónica cuántica.
