傳統電子電路中充滿大量電子，但這些粒子間的相互作用往往會降低其效率和性能。能否足夠精確地控制單個電子，從而制造出單電子高速高效電路？
英國國家物理實驗室（NPL）的Masaya Kataoka及其同事開發出一種超高精度的單電子探測技術。該技術實現了破紀錄的時間分辨率，高達萬億分之一秒（皮秒級）。近日，相關研究發表于《物理評論快報》。
探測單個電子是一項艱巨的任務。圖源：Shutterstock
研究團隊將兩個電子從不同注入點射入砷化鎵半導體薄層。這兩個帶電粒子以極快速度相向運動。當它們的路徑非常接近時，電子間的電場力使其相互排斥，各自運動軌跡發生偏轉。研究人員通過追蹤其中一個電子，利用這種偏轉現象探測到另一個電子的存在。他們能在相互作用發生后的6皮秒內完成電子探測，比之前的電子探測速度快約100倍。
“我們的實驗可視為世界上最小的傳感器，即一個電子，來探測世界上最小的物體，即另一個電子。”Kataoka表示。同樣就職于NPL的團隊成員Jon Fletcher指出，電子間的相互作用可在數萬億分之一秒內完成。既然現在能觀測這個時間尺度，研究人員可以開始探究兩個電子在器件內的具體行為，并利用這些知識設計新型電子設備。
拉脫維亞大學的Vyacheslavs Kashcheyevs認為，這項研究可能成為基于快速單電子的新一代電子學發展的里程碑。值得注意的是，單個電子本質上是量子粒子。他表示這意味著未來器件可以直接利用其量子特性，就像量子計算和通信領域已經運用的技術那樣。
研究人員認為，基于單電子的器件既能實現與單光子量子器件相同的功能，同時體積更小。芬蘭阿爾托大學的Christian Flindt指出，這類電子基器件甚至可集成到芯片上以便使用，而此類探測方案將成為所有潛在應用的必要基礎構件。
德國漢諾威萊布尼茨大學的Rolf Haug表示，該發現還有助于深化對電流的理解。通過完善團隊實驗中使用的“電子泵”注入技術，可以改進現行電流單位的計量標準。
相關論文信息：https://doi.org/10.1103/f1gd-3p5m
本文鏈接：新的單電子探測技術實現創紀錄的時間分辨率http://m.sq15.cn/show-11-25125-0.html
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