MADRID, 14 Mar. (EUROPA PRESS) -
Científicos del National Physical Laboratory (NPL) han demostrado la capacidad de detectar la presencia o ausencia de electrones individuales con una precisión sin precedentes.
La técnica, desarrollada por Stephen Giblin y los investigadores del Grupo de Detección Cuántica del NPL y la Universidad de Cambridge, es capaz de contar el número de electrones atrapados en una bomba de electrones - una pequeña región de un dispositivo semiconductor diseñado especialmente - con una fidelidad de una parte por millón.
La sensibilidad de la técnica de recuento, que se describe en un artículo publicado en Applied Physics Letters, ha permitido a los investigadores detectar errores raros en los que un número incorrecto de electrones se cargan en la bomba.
Las bombas de electrones son dispositivos a nanoescala que pueden atrapar y manipular los electrones individuales - los portadores de carga eléctrica. Al conducir estos electrones alrededor de un circuito, podemos utilizar bombas de electrones para generar una corriente muy precisa, lo que podría ser la base de una nueva definición del amperio - la unidad básica de corriente eléctrica. En la actualidad, la definición del amperio en términos de dos conductores infinitamente largos hace que sea difícil de realizar en la práctica, y varios institutos nacionales de medición, incluyendo NPL, están desarrollando bombas de electrones para su uso como el nuevo patrón primario de la corriente eléctrica.
El Grupo de Detección Cuántica en el NPL ha sido un actor principal en este campo, ya que en 2012 logró el hito de una bomba capaz de conducir un electrón cada nanosegundo (mil millones de electrones por segundo) con una precisión de una parte por millón. Sin embargo, este experimento y los experimentos de seguimiento en otros laboratorios, se basaron en la comparación de la corriente de la bomba de electrones con un estándar de corriente convencional. Su precisión, aunque impresionante, estaba limitada por la exactitud de la norma de corriente convencional, no de la propia bomba.
Para estar absolutamente seguro de la exactitud de las bombas de electrones - un requisito previo a la introducción de cualquier nueva norma primaria - el equipo del doctor Giblin se propuso investigar la bomba de forma independiente de las normas actuales existentes, contando el número de electrones que se carga en cada ciclo de su funcionamiento.
Anteriores técnicas de conteo de electrones han intentado medir el número de electrones que salen de la bomba. En estos experimentos, los electrones se dispersan sobre un área relativamente grande, y esto compromete la sensibilidad de la detección.
Por el contrario, el equipo del NPL y Cambridge utilizó un detector de carga nanoescala llamado un 'punto de contacto cuántico' para medir directamente el número de electrones en el interior de la bomba. Aquí, los electrones están confinados en un área pequeña, un círculo de aproximadamente 250 nanómetros de diámetro, y su carga es más fácil de detectar. Después de idear un método para cancelar la mayor parte del ruido intrínseco a todos los dispositivos electrónicos, el equipo ahora tenía la capacidad para contar los electrones en el interior de la bomba con una fidelidad está acercando a una parte en un millón.
El experimento produjo inmediatamente nuevas ideas - por ejemplo, cuando el equipo ha intentado cargar un electrón en la bomba un millón de veces, el electrón no se pudo cargar 28 veces - un tipo común de error debido a un proceso llamado 'back-túnel'. Sin embargo, hubo cinco casos en los que la bomba cargó dos electrones.
"Anteriormente, sólo se pudo medir la corriente media, ahora sí que podemos ver cuántos electrones están allí con un nivel muy alto de confianza", dijo Giblin.
El equipo también sintoniza la bomba para tratar de cargar dos electrones un millón de veces, y se observó sólo un error (cuando la bomba cargó un electrón). Esto marca un factor de mejora de 100 sobre el mejor resultado anterior.
