La tècnica, desenvolupada pel Doctor Stephen Giblin i els investigadors del Grup de Detecció Quàntica i la Universitat de Cambridge, és capaç d'explicar el nombre d'electrons atrapats en una bomba d'electrons -una petita regió d'un dispositiu semiconductor dissenyat especialment- amb una fidelitat d'un part per milió. La sensibilitat de la tècnica de recompte es descriu en un article publicat a Applied Physics Letters i ha permès als investigadors detectar errors rars en què el nombre incorrecte d'electrons es carreguen a la bomba.
Un nou soci per a l'ampere
Les bombes d'electrons són dispositius a nanoescala que poden atrapar i manipular els electrons individuals -els portadors de càrrega elèctrica. En conduir aquests electrons al voltant d'un circuit, podem utilitzar bombes d'electrons per generar un corrent molt precís, el que podria ser la base d'una nova definició de l'ampere -la unitat bàsica del SI de corrent elèctric. En l'actualitat, la definició de l'ampere en termes de dos conductors infinitament llargs fa que sigui difícil de realitzar en la pràctica, i diversos instituts nacionals de mesurament, incloent NPL, estan desenvolupant bombes d'electrons per al seu ús com el nou patró primari del corrent elèctric
El Grup de Detecció Quàntica al NPL ha estat un actor principal en aquest camp, ja que la seva manifestació fita al 2012 d'una bomba capaç de conduir un electró cada nanosegon (un bilió d'electrons per segon) amb una precisió d'una part per milió. No obstant això fonamentalment, aquest experiment i els experiments de seguiment a altres laboratoris, es va basar en la comparació del corrent de la bomba d'electrons amb un estàndard de corrent convencional. La seva precisió, mentre que impressionant, estava limitada per l'exactitud de la norma de corrent convencional, no la pròpia bomba.
Per estar absolutament segur de l'exactitud -un requisit previ a la introducció de qualsevol nova norma primària- l'equip del doctor Giblin es va proposar investigar la bomba de forma independent de les normes actuals existents, comptant el nombre d'electrons que es carreguen en cada cicle del seu funcionament.
Un milió d'electrons i comptant
Anteriors tècniques de comptatge d'electrons han intentat mesurar el nombre d'electrons que surten de la bomba. En aquests experiments, els electrons es dispersen sobre una àrea relativament gran, i això compromet la sensibilitat de la detecció.
Per contra, l'equip d'investigadors del Grup de Detecció Quàntica i la Universitat de Cambridge van utilitzar un detector de càrrega nanoescala anomenat punt de contacte quàntic per mesurar directament el nombre d'electrons a l'interior de la bomba. Aquí, els electrons estan confinats en una àrea petita, un cercle d'aproximadament 250 nanòmetres de diàmetre, i la seva càrrega és més fàcil de detectar. Després d'idear un mètode per cancel·lar la major part del soroll intrínsec a tots els dispositius electrònics, l'equip ara tenia la capacitat per explicar els electrons a l'interior de la bomba amb una fidelitat s'està acostant a una part en un milió.
L'experiment va produir immediatament noves idees -per exemple, quan l'equip va intentar carregar un electró a la bomba un milió de vegades, aquest no es va poder carregar 28 vegades- un tipus comú d'error a causa d'un procés anomenat back-tunnel. No obstant això, hi va haver cinc casos en què la bomba va carregar dos electrons.
"Anteriorment, només es van poder mesurar el corrent mitjà, ara sí que podem veure quants electrons hi són amb un nivell molt alt de confiança", va dir el Doctor Giblin.
L'equip també sintonitza la bomba per tractar la càrrega de dos electrons un milió de vegades, i s'observa només un error (quan la bomba de càrrega d'un electró) -això marca un factor 100 de millora sobre el millor resultat anterior.
Font: PHYSORG
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada
Aquest és un blog amb moderador dels comentaris. Per tant, no apareixen immediatament