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電子齊步走

2011/02/08 | |

Original publish date:Nov 20, 2001

編輯 Fish 報導

倫敦大學的物理學家研究出一種新方法使多電子能依特定的路線整齊地移動。這項技術可能用於量子計算的資訊儲存及處理上。

在大部分金屬和半導體內,自由電子們彼此相互推擠碰撞,所以其運動途徑是雜亂無序的。然而理論早已預測,在特定環境下,它們會形成有序的週期性陣列。這種被稱為維格納晶體(Wigner Crystal)的有序態發生在低溫的環境下。實驗上,物理學家已能在兩半導體間的夾層及液態氦的表面上產生二維的維格納晶體。不過,一直到最近才有研究人員嘗試瞭解維格納晶體在人為控制下的物理性質。

在幾周前的物理評論期刊(PRL) 上,倫敦大學的Michael Lea和研究同仁則發表了他們在這方面的研究成果。他們製作維格納晶體的過程異於過去的方法,這使得他們得以製造出第一個維格納線(Wigner Wire) 。他們利用半導體工業的蝕刻技術在砷化鎵(GaAs) 晶圓上切出數個微米(百萬分之一米) 大小的渠道,接著將液態氦填滿每條渠道,並把自由電子灑在液態氦的表面。設置在晶圓的上下方的一連串電極則侷限了這些電子的運動,使它們形成長又窄的維格納晶體。此時,若使外加電場產生振蕩,已成晶體狀分佈的電子則隨著細微的渠道來回振動,就像AC(交流)電流一樣。

這晶體的移動宛如單一物件。這晶體也會和液態氦表面上的小漣漪發生交互作用。而好比飛機要超越音速一般,若要使這晶體移動速度快於漣漪的速度,需要提供相當的外力。當研究人員增加AC電流的強度時,維格納晶體的最外緣開始溶化。這個現象則是一前所未見的相變(phase transition) 。

想像每個電子可儲存一個量子位元(qubit) 的資訊,那麼上述的研究其在控制電子行為上的表現,或可為量子電腦在資料的儲存及處理的問題上帶來新的答案。

原始論文﹕Observation of Dynamical Ordering in a Confined Wigner Crystal P. Glasson, V. Dotsenko, P. Fozooni, M. J. Lea, W. Bailey, G. Papageorgiou, S. E. Andresen, and A. Kristensen Phys. Rev. Lett. 87 , 176802 (print issue of 22 October 2001)

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