تكنولوجيا النانو الآن - بيان صحفي: نهج ثلاثي الأبعاد يميز صفات السوائل الكمومية المغزلية

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > النهج ثلاثي المحاور يميز صفات السوائل الكمومية المغزلية

رسم توضيحي للشبكة التي فحصها فيل أندرسون في أوائل السبعينيات. تظهر على شكل أشكال بيضاوية خضراء، وهي عبارة عن أزواج من الجسيمات الكمومية تتقلب بين مجموعات متعددة لإنتاج حالة سائلة مغزلية.

CREDIT
ألين شي / مختبر لوس ألاموس الوطني، وزارة الطاقة الأمريكية

المستخلص:
في عام 1973، افترض الفيزيائي فيل أندرسون أن حالة السائل الكمي المغزلي، أو QSL، موجودة على بعض الشبكات المثلثة، لكنه كان يفتقر إلى الأدوات اللازمة للتعمق أكثر. وبعد مرور خمسين عامًا، أكد فريق بقيادة باحثين مرتبطين بمركز علوم الكم ومقره في مختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة، وجود سلوك QSL في مادة جديدة بهذا الهيكل، KYbSe2.

النهج ثلاثي المحاور يميز صفات السوائل الكمومية المغزلية

أوك ريدج، تينيسي | تم النشر في 17 نوفمبر 2023

QSLs - وهي حالة غير عادية من المادة يتم التحكم فيها عن طريق التفاعلات بين الذرات المغناطيسية المتشابكة، أو المرتبطة بشكل جوهري، والتي تسمى السبينات - تتفوق في تثبيت النشاط الميكانيكي الكمي في KYbSe2 وغيره من المواد الفوسيتية. تحظى هذه المواد بتقدير كبير بسبب شبكاتها المثلثة الطبقات وخصائصها الواعدة التي يمكن أن تساهم في بناء موصلات فائقة الجودة ومكونات الحوسبة الكمومية.

الورقة المنشورة في مجلة Nature Physics، تضم باحثين من ORNL؛ مختبر لورانس بيركلي الوطني؛ مختبر لوس ألاموس الوطني؛ مختبر التسريع الوطني SLAC؛ جامعة تينيسي، نوكسفيل؛ جامعة ميسوري. جامعة مينيسوتا؛ جامعة ستانفورد؛ ومعهد روزاريو للفيزياء.

قال ألين شي، عضو QSC والمؤلف الرئيسي، وهو عالم في لوس ألاموس: "لقد درس الباحثون الشبكة المثلثة لمواد مختلفة بحثًا عن سلوك QSL". "إحدى ميزات هذا هو أنه يمكننا استبدال الذرات بسهولة لتعديل خصائص المادة دون تغيير بنيتها، وهذا يجعلها مثالية جدًا من منظور علمي."

باستخدام مزيج من التقنيات النظرية والتجريبية والحسابية، لاحظ الفريق العديد من السمات المميزة لـ QSLs: التشابك الكمي، وأشباه الجسيمات الغريبة، والتوازن الصحيح لتفاعلات التبادل، التي تتحكم في كيفية تأثير الدوران على جيرانه. على الرغم من أن الجهود المبذولة لتحديد هذه السمات قد أعاقتها تاريخيًا القيود المفروضة على التجارب الفيزيائية، إلا أن أدوات تشتيت النيوترونات الحديثة يمكن أن تنتج قياسات دقيقة للمواد المعقدة على المستوى الذري.

من خلال فحص ديناميكيات دوران KYbSe2 باستخدام مطياف مروحية النيوترونات الباردة في مصدر نيوترونات التشظي التابع لـ ORNL - وهو مرفق مستخدم لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة - ومقارنة النتائج بالنماذج النظرية الموثوقة، وجد الباحثون دليلاً على أن المادة كانت قريبة من النقطة الحرجة الكمومية التي عندها تزدهر خصائص QSL. ثم قاموا بتحليل حالتها المغناطيسية أحادية الأيون باستخدام مطياف المروحية واسع النطاق الخاص بشركة SNS.

الشواهد المعنية هي معلومات فيشر ذات التشابك الواحد والتشابك المزدوج والكم، والتي لعبت دورًا رئيسيًا في أبحاث QSC السابقة التي ركزت على فحص سلسلة دوران أحادية الأبعاد، أو خط واحد من الدورات داخل المادة. KYbSe1 هو نظام ثنائي الأبعاد، وهي الجودة التي جعلت هذه المساعي أكثر تعقيدًا.

قال آلان تينانت، أستاذ الفيزياء وعلوم المواد والهندسة في UTK الذي يقود مشروع المغناطيس الكمي لصالح QSC: "إننا نتبع نهج التصميم المشترك، وهو أمر متأصل في مركز QSC". "يقوم المنظرون داخل المركز بحساب أشياء لم يتمكنوا من حسابها من قبل، وهذا التداخل بين النظرية والتجربة مكّن من تحقيق هذا التقدم في أبحاث QSL."

وتتوافق هذه الدراسة مع أولويات مركز قطر للإلكترونيات، والتي تشمل ربط البحوث الأساسية بالإلكترونيات الكمومية والمغناطيس الكمومي وغيرها من الأجهزة الكمومية الحالية والمستقبلية.

وقال تينانت: "إن اكتساب فهم أفضل لـ QSLs أمر مهم حقًا لتطوير تقنيات الجيل التالي". "لا يزال هذا المجال في حالة البحث الأساسية، ولكن يمكننا الآن تحديد المواد التي يمكننا تعديلها لصنع أجهزة صغيرة الحجم من الصفر."

على الرغم من أن KYbSe2 ليس QSL حقيقيًا، إلا أن حقيقة أن حوالي 85% من المغناطيسية تتقلب عند درجة حرارة منخفضة تعني أن لديه القدرة على أن يصبح كذلك. ويتوقع الباحثون أن التغييرات الطفيفة في هيكلها أو التعرض للضغط الخارجي يمكن أن يساعدها في الوصول إلى 100%.

يخطط التجريبيون وعلماء الحساب في QSC لإجراء دراسات موازية وعمليات محاكاة تركز على مواد الدلافوسيت، لكن النتائج التي توصل إليها الباحثون أنشأت بروتوكولًا غير مسبوق يمكن تطبيقه أيضًا لدراسة الأنظمة الأخرى. ومن خلال تبسيط التقييمات المبنية على الأدلة لمرشحي QSL، فإنهم يهدفون إلى تسريع عملية البحث عن QSL حقيقية.

وقال شي: "الشيء المهم في هذه المادة هو أننا وجدنا طريقة لتوجيه أنفسنا على الخريطة إذا جاز التعبير وإظهار ما وصلنا إليه بشكل صحيح". "نحن على يقين من وجود QSL كامل في مكان ما داخل هذا الفضاء الكيميائي، والآن نعرف كيفية العثور عليه."

تلقى هذا العمل الدعم من وزارة الطاقة، وQSC، والمجلس الوطني للبحث العلمي والتقني، ومؤسسة سيمونز.

####

حول وزارة الطاقة/مختبر أوك ريدج الوطني
يقوم QSC، وهو مركز وطني لأبحاث علوم المعلومات الكمومية تابع لوزارة الطاقة بقيادة ORNL، بإجراء أبحاث متطورة في المختبرات الوطنية والجامعات وشركاء الصناعة للتغلب على العقبات الرئيسية في مرونة الحالة الكمومية وإمكانية التحكم فيها وفي نهاية المطاف قابلية التوسع في التقنيات الكمومية. يقوم باحثو QSC بتصميم مواد تتيح الحوسبة الكمومية الطوبولوجية؛ تنفيذ أجهزة استشعار كمومية جديدة لتوصيف الحالات الطوبولوجية واكتشاف المادة المظلمة؛ وتصميم خوارزميات الكم والمحاكاة لتوفير فهم أكبر للمواد الكمومية والكيمياء ونظريات المجال الكمي. تتيح هذه الابتكارات لـ QSC تسريع عملية معالجة المعلومات، واستكشاف الأداء الكمي الذي لم يكن من الممكن قياسه سابقًا والتنبؤ بشكل أفضل عبر التقنيات. للمزيد من المعلومات قم بزيارة https://qscience.org .

تدير UT-Battelle ORNL لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة، وهو أكبر داعم منفرد للأبحاث الأساسية في العلوم الفيزيائية في الولايات المتحدة. يعمل مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة على معالجة بعض التحديات الأكثر إلحاحًا في عصرنا. للمزيد من المعلومات قم بزيارة https://energy.gov/science . - إليزابيث روزنتال

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
إليزابيث روزنتال
وزارة الطاقة / مختبر أوك ريدج الوطني
مكتب: 865-241-6579

حقوق الطبع والنشر © وزارة الطاقة / مختبر أوك ريدج الوطني

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: