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新的单电子探测技术实现创纪录的时间分辨率

2025-08-26 09:12:27 来源: 中国科学报

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传统电子电路中充满大量电子,但这些粒子间的相互作用往往会降低其效率和性能。能否足够精确地控制单个电子,从而制造出单电子高速高效电路?mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

英国国家物理实验室(NPL)的Masaya Kataoka及其同事开发出一种超高精度的单电子探测技术。该技术实现了破纪录的时间分辨率,高达万亿分之一秒(皮秒级)。近日,相关研究发表于《物理评论快报》。mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

探测单个电子是一项艰巨的任务。图源:Shutterstock

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研究团队将两个电子从不同注入点射入砷化镓半导体薄层。这两个带电粒子以极快速度相向运动。当它们的路径非常接近时,电子间的电场力使其相互排斥,各自运动轨迹发生偏转。研究人员通过追踪其中一个电子,利用这种偏转现象探测到另一个电子的存在。他们能在相互作用发生后的6皮秒内完成电子探测,比之前的电子探测速度快约100倍。mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

“我们的实验可视为世界上最小的传感器,即一个电子,来探测世界上最小的物体,即另一个电子。”Kataoka表示。同样就职于NPL的团队成员Jon Fletcher指出,电子间的相互作用可在数万亿分之一秒内完成。既然现在能观测这个时间尺度,研究人员可以开始探究两个电子在器件内的具体行为,并利用这些知识设计新型电子设备。mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

拉脱维亚大学的Vyacheslavs Kashcheyevs认为,这项研究可能成为基于快速单电子的新一代电子学发展的里程碑。值得注意的是,单个电子本质上是量子粒子。他表示这意味着未来器件可以直接利用其量子特性,就像量子计算和通信领域已经运用的技术那样。mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

研究人员认为,基于单电子的器件既能实现与单光子量子器件相同的功能,同时体积更小。芬兰阿尔托大学的Christian Flindt指出,这类电子基器件甚至可集成到芯片上以便使用,而此类探测方案将成为所有潜在应用的必要基础构件。mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

德国汉诺威莱布尼茨大学的Rolf Haug表示,该发现还有助于深化对电流的理解。通过完善团队实验中使用的“电子泵”注入技术,可以改进现行电流单位的计量标准。mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM

相关论文信息:https://doi.org/10.1103/f1gd-3p5m mEX速刷资讯——每天刷点最新资讯,了解这个世界多一点SUSHUAPOS.COM


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