Pitt researchers create nanoscale slalom course for electrons

物理和天文学系的教授为电子提供了蛇形路径。

A research team led by professors from the Department of Physics and Astronomy have created a serpentine path for electrons, imbuing them with new properties that could be useful in future quantum devices.

Jeremy Levy, a distinguished professor of condensed matter physics, and Patrick Irvin, research professor, are coauthors of the paper “Engineered spin-orbit interactions in LaAlO3/SrTiO3-based 1D serpentine electron waveguides,” published inScience Advanceson November 25.

“We already know how to shoot electrons ballistically through one-dimensional nanowires made from these oxide materials,” explains Levy. “What is different here is that we have changed the environment for the electrons, forcing them to weave left and right as they travel. This motion changes the properties of the electrons, giving rise to new behavior.”

这项工作是由最近的博士学位获得者梅根·布里格曼（Megan Briggeman）博士领导的，他的论文致力于开发一个维度的“量子模拟”平台。布里格曼还是今年早些时候发布的相关工作的主要作者Science, where a new family of electronic phases was discovered in which electrons travel in packets of 2, 3, and more at a time.

当被迫沿着直线存在（即，在一个维度）时，电子的行为会大不相同。例如，众所周知，电子的旋转和电荷成分可以分开并以不同的速度通过1D电线传播。这些奇异的效果令人着迷，对于开发高级量子技术（例如量子计算机）也很重要。沿着直线运动只是可以使用这种量子模拟方法创建的多种可能性之一。该出版物探讨了使电子在奔跑或线性路径赛车时将并排编织的后果。

关于拓扑保护的量子计算的最新建议利用了所谓的“ Majorana fermions”，当存在某些成分时，这些粒子可能存在于1D量子线中。事实证明，LAALO3/SRTIO3系统具有最多但并非全部所需的交互。缺失是一种足够强大的“自旋轨道相互作用”，可以产生Majorana fermions的条件。Levy的最新作品的主要发现之一是，实际上可以通过被迫进行的蛇形运动来设计自旋轨道相互作用。

除了确定东北w engineered spin-orbit couplings, the periodic repetition of the serpentine path creates new ways for electrons to interact with one another. The experimental result of this is the existence of fractional conductances that deviate from those expected for single electrons.

这些激流回旋路径是使用类似于蚀刻素描玩具的纳米级草图技术创建的，但点大小的区域尺寸较小。这些路径可以一遍又一遍地绘制和擦除，每次创建一种新型的电子路径供电子穿越。可以将这种方法视为创建具有可重新编程属性的量子材料的一种方式。材料科学家以类似的方式合成材料，从周期表中绘制原子，并迫使它们在定期阵列中排列。在这里，晶格是人造的 - 运动的一个锯齿形，是在十纳米的空间而不是亚纳米原子距离内发生的。

列维（Levy）也是匹兹堡量子研究所（Pittsburgh Quantum Institute）的主任，他表示，这项工作为第二量子革命的主要目标之一做出了贡献，即探索，理解和利用量子问题的全部性质。改善的理解以及模拟各种量子材料的行为的能力将带来广泛的后果。他说：“这项研究属于匹兹堡的更大努力，以开发与第二次量子革命有关的新科学和技术。”

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In addition to Levy, Irvin, and Briggeman, Pitt research team members include Physics and Astronomy graduate students Jianan Li, and Mengchen Huang. Other team members include Hyungwoo Lee, now at Pusan National University in South Korea, and Jung-Woo Lee, Ki-Tae Eom, and Chang-Beom Eom, from the University of Wisconsin-Madison.

See the video, 11Levels: Serpentine Electron Waveguides, for more:
https：//Youtu。是/aqenbwzvizk

媒体联系

Deborah Todd
dmtodd@pitt.edu

http：// www。皮特。edu