Šis sasniegums ir robežpunkts LU un PTB ilgtermiņa sadarbībā viena elektrona kvantu tehnoloģiju jomā. Mijiedarbības kontrole individuālo elektronu līmenī ir aktuāla tēma nanoelektronikā, par ko liecina augsta profila publikācijas no trim neatkarīgām laboratorijām Vācijā, Apvienotajā Karalistē un Francijā, savukārt tālākā zinātības veidošana šajā jomā ir viena no pētniecības prioritātēm Latvijas Kvantu iniciatīvas ietvaros.
Kvantu likumu izmantošana elektronikas ierīcēs sola unikālas priekšrocības īpaši jutīgos mērījumos un kvantu informācijas apstrādē. Trīs pētnieku komandas, to skaitā PTB pētnieki kopā ar LU Nanoelektronikas teorijas grupu, trīs neatkarīgos eksperimentos vienlaicīgi ir demonstrējuši, ka nanoelektroniskajās shēmās vienu elektronu var izmantot, lai precīzi mainītu cita elektrona trajektoriju, izmantojot to savstarpējo mijiedarbību. Visu triju komandu raksti ir publicēti žurnāla “Nature Nanotechnology” vienā numurā.
Elektriskā strāva ir lādētu elementārdaļiņu (elektronu) plūsma. Pusvadītāju ierīcēs ballistiskie elektroni pārvietojas ar lielu ātrumu, kas traucē iedarboties uz katru elektronu individuāli. Kontrolēta atsevišķu elektronu sadursme var nodrošināt nepieciešamo izšķirtspēju laikā, lai viens elektrons varētu mijiedarboties ar otru.
“Elektronus mūsu kolaiderā var iztēloties kā izšautas lodes. Galvenais izaicinājums ir ar vienu lodi trāpīt otrā. Mikroshēmā to panāk, sinhronizējot atsevišķu elektronu avotus (kvantu sūkņus) ar sekundes triljonās daļas precizitāti,” atzīst LU studiju programmas “Fizika, astronomija un mehānika” doktorante, viena no raksta līdzautorēm Elīna Pavlovska.
Lai sinhronizētu divus atsevišķus elektronus, PTB zinātnieki ir izgatavojuši nanomēroga kolaideru pusvadītāju mikroshēmā. Šādā ierīcē ir integrēti divi vienelektrona avoti, kuru palaišanas brīdi var iestatīt ar precizitāti līdz dažām pikosekundēm. Divi elektronu ceļi krustojas sadursmju apgabalā. Ja avoti ir pietiekami sinhronizēti, tad šo elektronu savstarpējā atgrūšanās noteiks, pa kuru ceļu tie nonāks detektoros.
Par spīti īsajam elektronu satikšanās laikam teorētiskie modeļi, ko izstrādāja Latvijas Universitātes pētnieki, piedaloties arī Braunšveigas Tehniskās universitātes pētniekiem, ļāva no eksperimenta detektoru signāliem izsecināt elektronu trajektorijas un izstrādāt paņēmienus, kā kontrolēt divu elektronu mijiedarbību turpmākiem lietojumiem.
Eksperimentā demonstrētā elektronu mijiedarbība ar rekordlielu laika izšķirtspēju paver iespēju šādus lidojošus elektronus izmantot kā īpaši ātru sensoru vai slēdzi, kā arī pierāda mehānismu kvantu sapinuma radīšanai, kas ir nepieciešamais priekšnosacījums elektroniskā kvantu skaitļotāja izveidei.
Latvijas Universitātes pētnieku grupu veidoja Ģirts Barinovs, Mārtiņš Kokainis, Vjačeslavs Kaščejevs un Elīna Pavlovska, pētījums tapis Latvijas Zinātnes Padomes projekta “Iespējošā pētniecība vienelektronu kvantu tehnoloģijām (Projekta Nr. lzp-2021/1-0232)” ietvaros.
Ar publikācijas oriģinālu var iepazīties: Ubbelohde, N., Freise, L., Pavlovska, E. et al. Two electrons interacting at a mesoscopic beam splitter. Nat. Nanotechnol. (2023).
DOI:10.1038/s41565-023-01370-x https://rdcu.be/dbUHU
 un Latvijas Universitātes (LU) Nanoelektronikas teorijas grupas, kas ir Latvijas Kvantu iniciatīvas partneris, kopīgi atklājuši iespēju precīzi stūrēt atsevišķu elektronu kustību mikroshēmās atbilstoši mikropasaules fizikas likumiem. Šis atklājums paver jaunas iespējas sensoru, mazāko tranzistoru un kvantu ierīču tālākajos pielietojumos. Pētījuma rezultāti publicēti prestižajā žurnālā “Nature Nanotechnology”. ){kind=link}