Micrografia eletrônica de varredura colorida da amostra:interferômetro de Mach Zehnder e estratégia de confinamento usada para obter e demonstrar um comprimento de coerência eletrônica de registro de 0,25 mm. Crédito:© C2N
Uma equipe de pesquisadores do Center de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N, CNRS / Univ. Paris-Saclay) alcançou experimentalmente a propagação coerente de elétrons em circuitos em distâncias macroscópicas por meio de uma nova estratégia de nanoengenharia.
A coerência quântica de quasipartículas eletrônicas sustenta muitas das propriedades de transporte emergentes de condutores em pequenas escalas. Novas implementações eletrônicas de dispositivos de óptica quântica estão agora disponíveis com perspectivas como manipulações de qubit 'voadores'. Contudo, interferência quântica eletrônica em condutores (comprimento de coerência quântica) foi limitada a caminhos de propagação menores que 30 μm, independentemente do material, geometria e condições experimentais. Valores máximos notavelmente semelhantes foram obtidos em semicondutores balísticos, metais difusivos e materiais 2-D como o grafeno.
Usando a nanoengenharia de circuitos, pesquisadores da equipe liderada por Frédéric Pierre (CNRS) e Anne Anthore (Université de Paris) no C2N alcançaram um valor macroscópico do comprimento de coerência quântica - 0,25 mm, visível a olho nu. Ocorreu ao longo dos canais de borda que orientam os elétrons no regime de Hall quântico. Normalmente nesta configuração, a coerência é limitada pelo acoplamento de elétrons entre canais adjacentes. Para evitar colisões entre canais, os pesquisadores fabricaram uma nanoestrutura que confina os elétrons em pequenos loops dentro dos compartimentos que revestem a parede interna do canal. Este confinamento força os canais internos a permanecerem em seu estado fundamental, o que torna as colisões inelásticas entre elétrons impossíveis. Eles acham que isso, combinado com um isolamento excepcional de outros mecanismos de decoerência, aumenta o comprimento de coerência em aproximadamente uma ordem de magnitude.
Este trabalho estende as possibilidades de exploração de comportamentos quânticos de elétrons até escalas de comprimento macroscópico, e abre novas perspectivas em óptica eletrônica quântica.
