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本报讯 最近我校物理学院沈瑞教授和邢定钰院士课题组在固态自旋纠缠态检测方面取得重要进展，设计了利用量子自旋霍尔系统进行自旋纠缠态Bell检验的方案。相关研究论文发表于《Physical Review Letters》（PRL 109，036802，2012）。
近年来，对量子自旋霍尔效应的研究引起了凝聚态物理学界的广泛关注。量子自旋霍尔系统（QSHS）不仅具有和普通绝缘体同样的体能隙，还拥有受拓扑保护的具有良好导电性质的边缘态。边缘态电子的自旋极化方向与动量方向绑定，是所谓的螺旋性费米子(Helical fermion)。受时间反演对称性的保护，边缘态电子的背散射被完全禁戒，使得边缘态电子具有较长的自由程。这种螺旋性也为全电学方法控制电子的自旋提供了新的可能。
另一方面，固态电子纠缠的研究热潮已经持续多年。利用S波超导体中库伯对劈裂的方式产生一对自旋纠缠电子的研究已在实验上取得了重要进展。目前仍存在的问题是，这两个来自同一库伯对的电子被拆开后是否能保持自旋纠缠，纠缠度有多大？为解决这一难题，沈瑞教授课题组利用螺旋性边缘态设计了全电学控制的Bell检验方案。
该方案利用QSHS边缘态与S波超导体耦合来实现Bell测量。Bell检验的关键在于测量两个沿任意极化方向的自旋的关联函数。研究表明，通过调节图一中狭窄区域的门电压可以改变电子在两边间的透射系数。由于边缘态电子具有螺旋性，这就等效于调节电子自旋的极化方向。因此通过调节门电压这种全电学的方法就可以实现任意自旋极化方向的自旋关联函数测量，进而实现Bell检验，避免了传统方法应用磁场控制的麻烦。研究还表明，为了观测到Bell不等式的最大破坏，所须的参数变化范围并不大，完全在实验可实现的范围内。这一研究成果为固态电子纠缠的检测开辟了新途径。
该项研究得到国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划、江苏省自然科学基金、江苏省青蓝工程和江苏省高校优势学科建设工程项目的资助。
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