Představte si otáčející se kouli. Teď od sebe zkuste oddělit kouli a její otáčení. Zdá se vám, že je to nesmysl? V běžném světě něco takového není možné, ale v kvantovém ano.
A když je dáte znovu dohromady, zase dostanete točící se kouli. Tak nějak to s elektrony v ultratenkých drátech je. Zní to dost podivně, ale kvantová fyzika bývá velmi bizarní. To, co nám radí náš úsudek vyplývající z každodenní zkušenosti, ve světě atomů a subatomárních částic obvykle neplatí.
Na pochopení kvantových jevů nám "obyčejný selský" rozum nestačí, často pro jejich popis ani nemáme vhodná slova či pojmy. Faktem ale je, že v případě elektronu od sebe skutečně můžeme oddělit vlastní částici a její rotaci.
Náboj a spin
Elektron je považován za fundamentální stavební blok přírody, nemá žádný tvar ani velikost a jako takový by měl být už dále nedělitelný. Je odpovědný za vedení elektrického proudu ve vodičích a za magnetické projevy látek, přičemž jeho magnetické a elektrické vlastnosti (náboj a spin) byly až donedávna považovány rovněž za neoddělitelné.
V roce 1981 však fyzik Duncan Haldane přišel s hypotézou, že za určitých podmínek, konkrétně v ultratenkých drátech a za velmi nízkých teplot, by mělo být možné od sebe elektrický náboj elektronu a jeho spin oddělit. Nově vzniklé hypotetické částice tehdy pojmenoval jako holony (částice nesoucí náboj) a spinony (spinové částice).
Kvantové dráty
Britským fyzikům z Cambridge a Birminghamu se nedávno podařilo uskutečnit experiment, při kterém se Haldanovy předpoklady jednoznačně potvrdily. Spinony a holony tedy nejsou pouhým výplodem čiré fantazie, ale byly skutečně pozorovány.
Elektrony v ultratenkých drátcích
V obyčejných kovech se elektrony mezi sebou odpuzují, což je dáno jejich zápornými elektrickými náboji. Když se ale nalézají ve velmi tenkém, téměř jednorozměrném vodiči, jejich chování se začíná významně měnit.
Přítomnost dalších elektronů ve svém bezprostředním okolí elektrony špatně "snášejí", je pro ně čím dál těžší držet se dál od ostatních a nakonec se tedy "raději" rozdělí, a tak vznikají holony a spinony. Holony dál nesou jen elektrický náboj a spinony spin, tedy zjednodušeně rotaci původního elektronu.
Nanozařízení
Aby bylo možné pokus provést, museli vědci elektrony v "kvantovém drátě", ultratenkém vlákénku o průměru řádově několika desítek nanometrů, co nejtěsněji uzavřít. Poté drátek umístili do blízkosti kovové desky a pozorovali, jak elektrony z kovu tzv. kvantovým tunelováním přeskakují do drátu.
Při pokusu opakovaně zaznamenali rozpad jednotlivých elektronů na dvojice nových částic, holony a spinony. Asi není třeba dodávat, o jak náročný experiment šlo. Nejen protože měření probíhala za extrémně nízkých teplot, několik desetin stupně nad absolutní nulou.
V průběhu pokusu totiž museli experimentátoři překonávat mnoho technologických obtíží a pro jeho zdárný průběh byli nuceni vyvinout celou řadu nových měřících přístrojů a zařízení, a všechny v nanoměřítku. Jeden z účastníků experimentu, Chris Ford, k tomu poznamenává: "Museli jsme vymyslet způsob, jak předat náboj mezi deskou a drátem, vzdálenými pouhých 30 atomů od sebe."
Další počítačová revoluce na obzoru?
Kromě toho, že pokus podal jasný důkaz toho, že se elektrony skutečně mohou rozštěpit na dvě částice, experiment ještě prokázal zajímavý fakt, že spinony a holony se mohou vyskytovat v mnohem větších vzdálenostech, než teorie předpovídala. To by mohlo otevřít dveře budoucím praktickým aplikacím.
"Kvantové dráty se hojně užívají k propojení kvantových teček, na kterých by v budoucnosti mohl být založen nový typ počítačů, tzv. kvantových počítačů. Proto pochopení jejich vlastností může být pro kvantové technologie důležité, stejně jako by mohlo přispět k vývoji úplnější teorie supravodivosti a vodivosti v pevných látkách obecně. Mohlo by to vést k nové počítačové revoluci."
Zdroj: www.cam.ac.uk
