Tutkijat ovat löytäneet elektronin neljännesosan varauksen

(5.10.2026) EPFL:n, Princetonin ja Weizmannin tiedeinstituutin tutkijat ovat mitanneet hiukkasia, jotka käyttäytyvät ikään kuin niillä olisi neljäsosa elektronin varauksesta.

Elektronin varaus on normaalisti kiinteä, kuten kolikkoa, jota ei voi rikkoa palasiksi. Mutta jos ne jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä ja vangitaan kaksiulotteiseen kerrokseen voimakkaan magneettikentän alle, elektronit järjestäytyvät kollektiiviseksi "kvasihiukkasten" tilaksi, jotka näyttävät sisältävän vain murto-osan elektronin varauksesta.

Tätä tilaa kutsutaan "murtolukuiseksi kvantti-Hall-ilmiöksi". Pieni osa näistä, "parillisen nimittäjän tilat", on herättänyt huomiota, koska jotkut teoriat ennustavat, että ne voisivat sisältää epätavallisia kvasihiukkasia, joita kutsutaan "ei-Abelin anyoneiksi".

Miksi nämä ovat kiinnostavia? Koska niiden kvanttiominaisuudet tekevät niistä loistavia ehdokkaita informaation tallentamiseen ja käsittelyyn vikasietoisissa topologisissa kvanttitietokoneissa.

Nyt EPFL:n Mitali Banerjeen, Weizmannin tiedeinstituutin Moty Heiblumin ja Princetonin yliopiston Mansour Shayeganin ryhmien tieteilijät ovat tutkineet yhtä tällaista tilaa, joka tunnetaan nimellä ν = 1/2 -fraktiokvantti-Hall-tila ja joka muodostuu galliumarsenidikerrokseen.

”Ensimmäistä kertaa tämän alan historiassa kaksi eri ryhmää (Weizmann ja EPFL) ovat mitanneet samat murtolukuvarauksen arvot”, Banerjee sanoo.

Tutkijat pyrkivät vastaamaan ν = 1/2 -tilaa koskevaan peruskysymykseen: mikä on sen kvasihiukkasten varaus? Tätä varten he tutkivat elektroneja, jotka olivat suljettuina 70 nanometriä leveän galliumarsenidikerroksen sisään. Jokaisessa kerroksessa oli kapea supistuskohta, jota kutsutaan "kvanttipistekontaktiksi".

He testasivat kahta lähes identtistä koerakennetta kahdessa eri laboratoriossa ja vahvistivat ensin menetelmänsä toimivuuden mittaamalla tunnettuja tiloja täyden elektronin ja kahden kolmasosan elektronin varauksilla.

Kun he sovelsivat samaa tekniikkaa ν = 1/2 -tilaan, molemmat laitteet antoivat saman vastauksen: hiukkaset kantoivat hyvin lähellä elektronin neljäsosaa toisessa. Molemmat vastaavat elektronin neljäsosaa eli e/4:ää.

”Tämä on tärkeää, koska tässä tutkittu kvantti-Hall-tila on erityinen, koska se säilyy muutamaan kelvinasteeseen asti, ja sen oletetaan olevan vasta toinen tunnettu galliumarsenidin tila, jolla on erityisiä ei-abelilaisia ominaisuuksia, jotka voivat lopulta mahdollistaa topologisen kvanttitietokoneen”, Banerjee toteaa.

”Ei-abelilaiset tilat toimivat kuin rakennepiirustukset, joissa informaatio tallennetaan globaaliin geometriaan yhden pisteen sijaan, mikä varmistaa immuniteetin paikallisilta rakenteelliselta virheeltä tai kohinalta. Yksinkertaisesti siirtämällä tällaisia hiukkasia toistensa ympäri voimme luoda virheettömiä kvanttitietokoneita.”

Aiheesta aiemmin:

Anyonista uusi luku suprajohtavuuteen ja kvanttifysiikkaan

Hajonneista elektroneista kohti toimivia kubitteja