Группы из Регенсбурга и Max Planck измерили предел точности для электрона в аттосекундном масштабе

Международная группа исследователей экспериментально показала фундаментальный предел точности, с которой можно одновременно определить положение электрона и время его движения, сообщает ua.news. В работе участвовали группы из Регенсбургского центра сверхбыстрой наноскопии и Института Макса Планка в Гамбурге. ua.newsua.newsua.newsОткрыть источник ↗

Аттосекундный лазерный эксперимент

Чтобы наблюдать квантовое движение электронов, исследователи создали лазерную систему с высоким временным разрешением. Точно синхронизированные лазерные импульсы направляли электроны с предельно острого металлического кончика к серебряной поверхности, отделённой от него расстоянием в несколько атомных диаметров.

Движение регистрировали по электрическому току, а время переноса определяли с помощью двух световых импульсов с контролируемым интервалом. Электроны преодолевали энергетический барьер за счёт квантового туннелирования, при котором они ведут себя как квантовые волны, а не как обычные частицы. Измерения показали движение в аттосекундном масштабе; аттосекунда равна одной миллиардной одной миллиардной доли секунды.

Квантовые расчёты группы под руководством Анхеля Рубио воспроизвели результаты эксперимента. Они же показали, что электроны реагировали на световое поле с задержкой около 500 аттосекунд. ua.newsua.newsua.newsОткрыть источник ↗

Точность по времени и волновой пакет

Учёные обнаружили: чем точнее они пытались определить время движения электрона, тем больше энергии приходилось подводить к системе. В результате волновой пакет электрона, описывающий его протяжённость в пространстве в квантовой механике, растягивается.

Чтобы проверить эту зависимость, исследователи поместили на поверхность одиночный атом, который ограничивал волновые пакеты до прихода лазерных импульсов.

Авторы считают, что управляемые волновые пакеты электронов могли бы со временем помочь запускать химические реакции и наблюдать изменения химических связей. По словам исследователей, сосредоточение одного электрона в предельно малом объёме и на предельно короткое время может создать локальную пиковую плотность тока до 1 трлн ампер на квадратный сантиметр. ua.newsua.newsua.newsОткрыть источник ↗

Учёные также рассматривают результаты как основу будущих электронных устройств и систем квантовой обработки информации, работающих ближе к фундаментальному пределу скорости движения электронов. Электронику в сотни тысяч раз быстрее современной технологии КМОП авторы называют долгосрочной целью, а не результатом нынешнего эксперимента.