| 2022年6月17日 |
電子采用快速和慢速的車道 - 同時（（Nanowerk新聞）想象一下在每個方向上有兩條車道的道路。一條車道是用於慢速汽車的，另一個車道是快速的。對於沿量子線移動的電子，劍橋和法蘭克福的研究人員發現還有兩個“車道”，但是電子可以同時使用！ |
| 電線中的電流由電子流動。當電線非常狹窄（一維，1D）時，電子將無法彼此相互驅動，因為它們彼此強烈排斥。當一個粒子在下一個粒子上推動時，電流或能量是通過壓縮波攜帶的。 |
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| 設備的掃描電子顯微照片，顯示用於定義1D線的各種門。（圖片由研究人員提供） |
| 長期以來，人們已經知道電子有兩種類型的激發，因為除了它們的電荷外，還具有稱為旋轉的屬性。旋轉和充電激發以固定的速度傳播，但速度不同，正如幾十年前的Tomonaga-Luttinger模型所預測的那樣。 |
| 但是，由於交互太複雜，理論家無法計算出僅僅是小擾動的精確發生的事情。劍橋隊已經測量了這些速度，因為它們的能量變化了，發現出現了非常簡單的圖片 - 現在發表在《期刊》上科學進步（（“觀察在強相關的一維導體中單獨的自旋和費米海”）。 |
| 每種興奮都可以具有低或高動能，例如道路上的汽車，眾所周知的配方E = 1/2 mV2，這是拋物線。但是對於旋轉和充電，質量m是不同的，並且由於電荷排斥，因此無法占據與其他電荷相同的狀態，因此電荷的動量範圍是旋轉的兩倍。結果測量能量是磁場的函數，該磁場等效於動量或速度V，顯示了這兩個能量拋物線，這可以在某個地方看到，直至係統中電子占據的最高能量的五倍。 |
| ‘It's as if the cars (like charges) are travelling in the slow lane but their passengers (like spins) are going more quickly, in the fast lane', explained Pedro Vianez, who carried out the measurements for his PhD at the Cavendish Laboratory in Cambridge. 'Even when the cars and passengers slow down or speed up, they still remain separate!' |
| ‘這裏值得注意的是，我們不再談論電子，而是關於旋轉和電荷的複合（準）顆粒 - 通常稱為旋轉子和霍姆。很長一段時間以來，人們認為它們在如此高的能量下變得不穩定，但是觀察到的點完全相反 - 它們的行為似乎與普通，自由，穩定的電子非常相似，每個電子都有自己的質量，除了that they are not, in fact, electrons, but excitations of a whole sea of charges or spins!’ said Oleksandr Tsyplyatyev, the theorist who led the work at the Goethe University in Frankfurt. |
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| 旋轉（綠色）和電荷（“ holon”，洋紅色）激發1D線。（圖片由研究人員提供） |
| 領導實驗團隊的克裏斯·福特（Chris Ford）說：“本文代表了十多年的實驗和理論工作的高潮。”``我們總是很想知道如果我們將係統提高到更高的能量會發生什麼，因此我們逐步改進了測量解決方案以挑選新功能。我們製造了一係列的半導體陣列，長度為1至18微米（即，降至千分之一的毫米，比人的頭發稀薄100倍），在電線中隻有30個電子，並且測量它們在0.3 K（或換句話說，-272.85 C，比外太空的十倍）。 |
實驗技術的詳細信息 |
| 電子從1D線隧道進入相鄰的二維電子氣體，該電子氣體充當光譜儀，產生了能量與動量之間關係的地圖。‘這種技術在各種方麵都與角度分辨光發射光譜（ARPES）非常相似，這是一種通常用於確定冷凝物質物質材料帶結構的常用方法。Vianez說，關鍵的區別在於，我們的係統在表麵上沒有探測，而是將其埋在其下方一百納米。” Vianez說。這使研究人員能夠為這種類型的光譜實驗實現分辨率和控製前所未有的控製。 |
結論 |
| 現在，這些結果打開了一個問題，即整個電子海的這種自旋電荷分離是否在1D以外，例如在高溫超導材料中。現在，它也可以應用於利用旋轉（SpinTronics）的邏輯設備，可為晶體管的能量消耗提供急劇減少（通過三個數量級！），同時提高了我們對量子物質的理解，並提供了一種新的知識工程量子材料的工具。 |
