Une équipe de physiciens de l’Université de Bâle a cartographié expérimentalement la forme et l’orientation des électrons piégés dans des points quantiques.
Un électron est piégé dans un point quantique, qui est formé dans un gaz 2D dans une tranche de semi-conducteur. Cependant, l’électron se déplace dans l’espace et, avec différentes probabilités correspondant à une fonction d’onde, reste à certains endroits de son confinement (ellipses rouges). Grâce aux champs électriques appliqués par les portes en or, la géométrie de cette fonction d’onde peut être modifiée. Crédit image : Université de Bâle.
“Un point quantique est un piège potentiel qui permet de confiner des électrons libres dans une zone qui est environ 1 000 fois plus grande qu’un atome naturel”, expliquent les professeurs Dominik Zumbühl et Daniel Loss de l’Université de Bâle et leurs collègues.
“Parce que les électrons piégés se comportent comme des électrons liés à un atome, les points quantiques sont également connus sous le nom d'”atomes artificiels”.”
“L’électron est maintenu dans le point quantique par des champs électriques. Cependant, il se déplace dans l’espace et, avec des probabilités différentes correspondant à une fonction d’onde, reste à certains endroits de son confinement. “
Les scientifiques ont mis au point une méthode qui leur permet de déterminer dans l’espace la géométrie des électrons dans les points quantiques.
Ils ont utilisé des mesures spectroscopiques pour déterminer les niveaux d’énergie dans le point quantique et étudier le comportement de ces niveaux dans des champs magnétiques de force et d’orientation variables.
Grâce au modèle théorique de l’équipe, il a été possible de déterminer la densité de probabilité de l’électron et donc sa fonction d’onde avec une précision à l’échelle sub-nanométrique.
“Pour faire simple, nous pouvons utiliser cette méthode pour montrer à quoi ressemble un électron pour la première fois”, a déclaré le professeur Loss.
“Nous sommes capables non seulement de cartographier la forme et l’orientation de l’électron, mais aussi de contrôler la fonction d’onde en fonction de la configuration des champs électriques appliqués”, a ajouté le professeur Zumbühl.
“Cela nous donne la possibilité d’optimiser le contrôle des spins de manière très ciblée”.
“L’orientation spatiale des électrons joue également un rôle dans l’intrication de plusieurs spins”.
“De manière similaire à la liaison de deux atomes à une molécule, les fonctions d’onde de deux électrons doivent se trouver sur un même plan pour que l’intrication réussisse.”
“A l’aide de la méthode développée, de nombreuses études antérieures peuvent être mieux comprises et les performances des qubits de spin peuvent être encore optimisées à l’avenir.”
Les résultats des expériences de l’équipe ont été publiés dans le journal Physical Review Letters et la théorie associée dans le journal Physical Review B.
