В Лаборатории им. Кавендиша Кембриджского университета была разработана методика пересылки одиночных электронов на большие (микрометровые) расстояния.

Такая технология может пригодиться при создании одноэлектронных схем, состоящих из квантовых точек . Уже опробованный физиками метод передачи отдельных носителей заряда — туннелирование между соседними квантовыми точками — работает достаточно надёжно, но для дистанций, длина которых превышает несколько сотен нанометров, не подходят ни туннелирование, ни свободное распространение электронов.

В новых опытах две квантовые точки, соединённые каналом, были разнесены на четыре микрометра. Точки создавались традиционным способом, на границе раздела двух полупроводниковых материалов ( арсенида галлия GaAs и арсенида алюминия-галлия AlGaAs). В изготовленных для экспериментов структурах такого типа электроны сосредотачиваются у гетероперехода и образуют двумерный газ .

Работой квантовых точек управляли поверхностные электроды, при подаче отрицательного напряжения на которые слой двумерного электронного газа обеднялся. Величины напряжений подбирались с таким расчётом, чтобы потенциал системы находился над уровнем энергии Ферми , и в тепловом равновесии точки и канал не содержали электронов.

Снимок опытной схемы, полученный с помощью сканирующего электронного микроскопа. LQD и RQD — левая и правая квантовые точки с подведёнными к ним управляющими электродами. Слева и справа расположены излучатели, на которые подаются микроволновые (RF) импульсы. (Иллюстрация из журнала Nature.)

Отдельный электрон в одной из квантовых точек авторы также подготавливали к передаче с помощью поверхностных электродов. Саму передачу выполняла потенциальная волна, которая захватывала носитель заряда и доставляла его к месту назначения за 1,4 нс. Необходимая движущаяся модуляция потенциала создаётся в пьезоэлектрическом материале вроде GaAs при распространении поверхностных акустических волн ; зная об этом, учёные подавали на излучатели, расположенные в некотором отдалении от квантовых точек, СВЧ-импульсы, рождающие искомые акустические волны.

Заряд в каждой из точек контролировался по его влиянию на проводимость левого и правого детекторов, обозначенных на рисунке выше. Поскольку излучатели находились по обеим сторонам устройства, один электрон можно было многократно пересылать от одной точки к другой, отбивая его, как теннисный мяч. В самом удачном своём опыте физики задержали электрон «в игре» на время, соответствующее подаче 60 с лишним импульсов на излучатели; другими словами, частица преодолела дистанцию между точками более 60 раз подряд. Несложно рассчитать, что электрон успел пройти расстояние, примерно равное 0,25 мм.