توانایی شناسایی الکترون‌های پرتابی منفرد که بدون پراکندگی درون ماده حرکت می‌کنند، در برخی کاربردهای خاص در حوزه‌هایی مانند سنجه‌شناسی کوانتومی، پردازش اطلاعات کوانتومی و حوزه نوظهور اپتیک کوانتومی الکترون مفید است. اما با این حال وضوح زمانی روش‌های حسگری کنونی اغلب کافی نیست و معمولاً به بازه‌ای در حد نانوثانیه تا میکروثانیه محدود می‌شود. اکنون محققانی در انگلیس و کره جنوبی به طور تجربی روشی برای آشکارسازی الکترون‌های تکی پرتابی با دقت زمانی پیکوثانیه نشان داده‌اند [۱]. این رویکرد بستری برای مطالعه برهمکنش‌های میان الکترون‌های تکی نیز فراهم می‌کند.

راهکار محققان بر پایه طرحی است که در آن دو الکترون پرتابی – یک الکترون «حس‌کننده» و یک الکترون «شناسایی‌شده» - در مسیرهای جداگانه ولی نزدیک به هم به سوی یکدیگر حرکت می‌کنند. اگر زمانی‌که الکترون حس‌کننده به موقعیت خاصی در مسیر خود می‌رسد، الکترون‌ها نزدیک هم باشند، الکترون حس‌کننده بر اثر برهمکنش الکترواستاتیکی دوربرد خود با الکترون آشکارسازی‌شده، دچار انحراف می‌شود. درغیر‌این‌صورت چنین انحرافی وجود نخواهد داشت. پژوهشگران با تغییر زمان تزریق این دو الکترون به مسیرهای مربوط به خود و مشاهده زمان وقوع انحراف می‌توانند اندازه‌گیری تفکیک‌زمانی از الکترون شناسایی‌شده داشته باشند.

محققان این طرح را با استفاده از دو الکترون پرتابی، که هنگام نیاز از دو منبع مستقل گسیل می‌شدند، در حال حرکت در یک گاز الکترونی دوبعدی پیاده‌سازی کردند. آنها متوجه شدند که می‌توانند الکترون شناسایی‌شده در این مجموعه را با وضوح زمانی ۶ پیکوثانیه حس کنند. علاوه بر این نشان دادند که با تغییر انرژی و زمان تزریق الکترون‌ها چگونه می‌توان از این مجموعه برای مشاهده برهمکنش‌های الکترونی با طیف وسیعی از نیرو‌ها استفاده کرد.

1. J. D. Fletcher et al., “Coulomb sensing of single ballistic electrons,” Phys. Rev. Lett. 135, 067002 (2025).

منبع:

Electron Sensing on Picosecond Timescales