Определение энтропии системы обычно связано с измерением её теплоёмкости. Этот подход сложнее применить, когда система состоит из очень малого числа электронов, находящихся в крошечном устройстве. К счастью, энтропию таких систем можно вывести из химического потенциала, который представляет собой энергию, необходимую для добавления дополнительного электрона. Этот метод позволил измерить энтропию одиночной квантовой точки в 2018 году — наноструктуры, способной улавливать электроны.
Теперь Дэвид Килхофер из Швейцарской федеральной политехнической школы Цюриха (ETH) и его коллеги применили этот подход к двойной квантовой точке [1]. Их работа — важный шаг к будущим измерениям множественных связанных точек, которые обладают топологическими или высокозапутанными состояниями. Это также может позволить исследователям определять величины, которые ещё сложнее измерить, например, экзотические связи квазичастиц.
Создание двойной квантовой точки
Килхофер и его коллеги создали двойную квантовую точку, прикрепив электроды к слоистой структуре из арсенида галлия и арсенида алюминия-галлия. Устройство можно было настроить так, чтобы оно работало как две изолированные точки или как связанная пара.
Когда точки переключались из одного состояния занятости электронами в другое, изменение энтропии можно было вывести из напряжения на затворе, при котором оба состояния были равновероятны. При измерении изолированной точки изменение энтропии при добавлении одного электрона на пустой уровень, $k_B$ log 2, соответствовало теории и измерениям 2018 года.
Однако в режиме двойной квантовой точки, когда количество электронов переключалось с 0 на 1, исследователи обнаружили неожиданное значение $k_B$ log 3. При добавлении или удалении большего количества электронов из точки проявлялось более сложное поведение, что вселяло в исследователей надежду, что их метод может обнаружить майорановские нулевые моды и другие экзотические состояния.
[– Чарльз Дэй]
Чарльз Дэй — старший редактор журнала Physics Magazine.
[1] — ссылка на источник.
Примечания:
- $k_B$ — постоянная Больцмана.
- log — логарифм.