Российские и европейские физики установили, что электроны способны туннелировать через одиночный атомный дефект не только по одному, но и группами. Открытие может использоваться при создании новых источников коррелированных частиц для квантовых технологий, сообщила ТАСС пресс-служба МФТИ.
Исследование выполнили специалисты МФТИ совместно с коллегами из Университета Париж-Сакле и Бордосского университета. Они изучали прохождение электронов через точечные дефекты в материалах сложного строения. Ранее считалось, что электроны могут преодолевать такой дефект только по одному из-за принципов квантовой механики и кулоновской блокады.
В последние два десятилетия теоретические расчеты показали возможность объединения электронов в группы и их коллективного туннелирования. Для этого необходима сильная связь частиц с колебаниями кристаллической решетки. Однако экспериментального подтверждения эффекта на одиночном атомном дефекте до настоящего времени не было.
Работа продолжалась несколько лет. Ученые исследовали отдельные атомы железа, встроенные в кристалл селенида висмута — материала с сильным взаимодействием электронов и фононов, то есть колебаний кристаллической решетки.
Руководитель Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ Василий Столяров сообщил, что эксперименты и расчеты выявили локализованные электронные состояния, которые примесные атомы создают в запрещенной зоне материала. Эти состояния эффективно взаимодействуют с фононами.
Наблюдения показали, что электроны часто проходят через одиночные атомы железа группами, а не независимо друг от друга. При этом пары атомов железа подавляли обнаруженный эффект. В последующих экспериментах исследователи намерены разработать способы управления поведением электронов в новых квантовых устройствах с использованием этого явления.