利用电子对撞开发量子组件-江苏省钢铁行业协会

NPL科学家针对半导体芯片中的单个电子进行可控对撞

来源：NPL新闻

这项实验揭示的信息可用于创建量子传感和信息处理所需的单电子器件。

这项实验发表在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上，研究了飞行电子对在微型半导体粒子对撞机中相遇时的相互作用。针对电子对撞的统计数据进行映射，这是探测给定环境中电子相互作用和电子量子性质的一种很有效的方法。

这项技术揭示了电子之间转瞬即逝的静电“推力”，其大小足以改变电子路径。之前的实验没有揭示这种效应，可能是因为每个注入电子周围的电场通常会由于附近电荷的重新排列而“中和”。这项实验之所以能激发库仑排斥，是因为电子被注入到远离其他传导电子的未屏蔽区域。

英国国家物理实验室（NPL）高级科学家、论文第一作者Jonathan Fletcher解释道：“相互作用发生在很短的时间量级上，只有几皮秒，所以时间要求对这项实验来说很有挑战性。不论从物理学还是设备工程的角度来看，能够见证这样的基础效应，我真的很兴奋。”

在通过理论建立模型的过程中，研究团队意识到，数据中存在的那些更微妙的细节可以通过考虑电子对在强磁场中的微观行为来解释。

主管这项研究的NPL首席科学家Masaya Kataoka说：“如果电子到达时间稍微不匹配，对撞就不那么容易理解了，因为这些电子虽然相互排斥，但仍然遵循相似的轨迹。我们的模型确实能够揭示这些效应，这让我们有信心认为我们理解这些效应。”

若能利用电荷之间的库仑相互作用，这将成为一种强大的方法，既可以实现器件的高速控制，还能创建量子电路元件所需的非线性效应，这种基于电子量子光学的元器件有望成为量子传感或信息处理的平台。

合作机构：韩国高等科学技术研究院，西班牙跨学科复杂系统物理研究所（IFISC），以及剑桥大学

研究文章：自然纳米技术（Nature Nanotechnology）