Corrélation de spin entre électrons appariés démontrée

L’intrication entre deux particules fait partie des phénomènes de la physique quantique difficiles à concilier avec les expériences quotidiennes. Si elles sont intriquées, certaines propriétés des deux particules sont étroitement liées, même lorsqu’elles sont éloignées. Albert Einstein a décrit l’enchevêtrement comme une “action effrayante à distance”. La recherche sur l’intrication entre les particules légères (photons) a reçu le prix Nobel de physique de cette année.

Deux électrons peuvent également être intriqués, par exemple dans leurs spins. Dans un supraconducteur, les électrons forment des paires dites de Cooper responsables des courants électriques sans perte et dans lesquelles les spins individuels sont intriqués.

Depuis plusieurs années, des chercheurs du Swiss Nanoscience Institute et du Département de physique de l’Université de Bâle sont capables d’extraire des paires d’électrons d’un supraconducteur et de séparer spatialement les deux électrons. Ceci est réalisé au moyen de deux points quantiques – des structures nanoélectroniques connectées en parallèle, dont chacune ne laisse passer que des électrons uniques.

Spins d’électrons opposés des paires de Cooper

L’équipe du Prof. Dr. Christian Schönenberger et du Dr. Andreas Baumgartner, en collaboration avec des chercheurs dirigés par le Prof. Dr. Lucia Sorba de l’Istituto Nanoscienze-CNR et de la Scuola Normale Superiore de Pise, a maintenant pu démontrer expérimentalement ce qui a longtemps théoriquement : les électrons d’un supraconducteur émergent toujours par paires avec des spins opposés.

Grâce à un montage expérimental innovant, les physiciens ont pu mesurer que le spin d’un électron pointe vers le haut quand l’autre pointe vers le bas, et inversement. “Nous avons ainsi prouvé expérimentalement une corrélation négative entre les spins des électrons appariés”, explique le chef de projet Andreas Baumgartner.

Les chercheurs y sont parvenus en utilisant un filtre à spin qu’ils ont développé dans leur laboratoire. À l’aide de minuscules aimants, ils ont généré des champs magnétiques réglables individuellement dans chacun des deux points quantiques qui séparent les électrons de la paire Cooper. Étant donné que le spin détermine également le moment magnétique d’un électron, un seul type particulier de spin est autorisé à la fois.

“Nous pouvons ajuster les deux points quantiques de manière à ce que principalement des électrons avec un certain spin les traversent”, explique le premier auteur, le Dr Arunav Bordoloi. “Par exemple, un électron avec spin up passe par un point quantique et un électron avec spin down passe par l’autre point quantique, ou vice versa. Si les deux points quantiques sont réglés pour ne transmettre que les mêmes spins, les courants électriques dans les deux points quantiques les points sont réduits, même si un électron individuel peut très bien traverser un seul point quantique.”

“Avec cette méthode, nous avons pu détecter pour la première fois de telles corrélations négatives entre les spins d’électrons d’un supraconducteur”, conclut Andreas Baumgartner. “Nos expériences sont une première étape, mais pas encore une preuve définitive des spins d’électrons intriqués, car nous ne pouvons pas définir arbitrairement l’orientation des filtres de spin, mais nous y travaillons.”

La recherche, récemment publiée dans La nature, est considérée comme une étape importante vers de nouvelles recherches expérimentales sur les phénomènes de mécanique quantique, tels que l’enchevêtrement de particules dans les solides, qui est également un élément clé des ordinateurs quantiques.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université de Bâle. Original écrit par Christel Möller. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.