Учёные разработали высокоскоростной метод детектирования отдельных электронов

Детектирование отдельных баллистических электронов с временным разрешением. Прохождение «зондирующего» электрона (синие стрелки) через барьер (зелёный) в нижнем канале изменяется под действием кулоновского взаимодействия с «детектируемым» электроном в верхнем канале (красная стрелка). Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/f1gd-3p5m

Исследователи из Национальной физической лаборатории (NPL) представили новый высокоскоростной метод детектирования баллистических электронов. Эта технология может найти применение в квантовой электронной оптике, метрологии, технологиях летающих кубитов и сенсорике.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, демонстрирует, что присутствие отдельного баллистического электрона можно обнаружить, отслеживая траекторию другого быстродвижущегося «зондирующего» электрона. Сближая траектории этих электронов, можно зафиксировать их слабое кулоновское отталкивание, которое изменяет путь зондирующего электрона — подобно тому, как поезд переключает пути или машины съезжают с автострады.

В отличие от традиционных методов, где измерения проводятся непрерывно, система NPL использует синхронизацию между детектируемым и зондирующим электронами. Это позволяет достичь экстремально малого временного окна детектирования — всего 1–2 пикосекунды.

«Все проводники демонстрируют баллистическое движение отдельных электронов на атомарном масштабе и сверхкоротких временных промежутках, но обычно это невозможно детектировать на уровне одного электрона, не говоря уже о прямом контроле», — пояснил старший научный сотрудник Джонатан Флетчер. — «Наша система как раз даёт такую возможность».

«Контроль электричества на нанометровых и пикосекундных масштабах — это фундаментальный инструмент для метрологии и путь к новым квантовым технологиям», — добавил учёный.

Разработка открывает перспективы для создания сложных одноэлектронных схем и развития новых квантовых технологий.

Дополнительная информация: J. D. Fletcher et al, Coulomb Sensing of Single Ballistic Electrons, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/f1gd-3p5m. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2412.15789

Источник: National Physical Laboratory