Физикам из Institute for Microstructural Science и Univ. de
Sherbrooke (Канада) впервые удалось измерить
направление спина отдельного
электрона, находящегося в
квантовой точке [1]. Напомним, что огромный
интерес к такому измерению вызван стремлением создать
твердотельный квантовый компьютер, основанный
на спиновых состояниях электронов. Для того чтобы считать
результат вычислений в таком компьютере,
необходимо определить спиновое состояние кубитов, входящих в
регистр результата, т.е. измерить ориентацию
спина у отдельных электронов. Хоть авторы и не упоминают
работы известного австралийского физика Кейна,
основная идея, на наш взгляд, все-таки принадлежит ему.
Именно он предложил использовать эффект спиновой
блокады, приводящий к спин-зависимому туннелированию. Далее
эта идея была развита в различных
вариантах, один из которых и был реализован экспериментально
канадскими физиками.
На рисунке показано изображение структуры затворов, которые
формируют квантовую точку между двумя
областями двумерного электронного газа (2DEG). Изображение
получено с помощью сканирующего
электронного микроскопа. Затворы S и Т управляют высотой
потенциальных барьеров между квантовой точкой
и 2DEG. Затвор Р управляет количеством электронов в
квантовой точке. Их количество можно определить,
пересчитав количество пиков на вольт-амперной характеристике
этой структуры при ее работе в режиме
одноэлектронного транзистора. Протекание тока через
квантовую точку обусловлено резонансным
туннелированием через уровень верхнего электрона в точке
(рис. 1а). Если на нем находится один электрон, что
возможно при нечетном количестве электронов в точке, то
туннелирование электронов из одной половины
2DEG в другую половину через квантовую точку происходит
только в том случае, когда спины электронов
антипараллельны (рис. 1с). В противном случае такое
туннелирование запрещено принципом Паули, т.е.
реализуется режим спиновой блокады.
Но как получить и контролировать спин-поляризованное
состояние электрона в квантовой точке и в 2DEG?
Вот тут авторы воспользовались уже известным явлением: при
приложении магнитного поля в результате
Зеемановского расщепления в краевых состояниях 2DEG
происходит пространственное разделение электронов
по спину. Этот же эффект позволяет управлять спином
электрона в квантовой точке. В эксперименте
"сработали" все предсказания теории.
В.Вьюрков
1.Physica E, 2001, 11, p.35-40
