Nanoteknologi nu - Pressemeddelelse: Trestrenget tilgang skelner kvaliteter af kvantespinvæsker

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Trestrenget tilgang skelner kvaliteter af quantum spin væsker

En illustration af gitteret undersøgt af Phil Anderson i begyndelsen af 70'erne. Vist som grønne ellipser svingede par af kvantepartikler mellem flere kombinationer for at producere en spin flydende tilstand.

KREDIT
Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, US Department of Energy

An illustration of the lattice examined by Phil Anderson in the early ‘70s. Shown as green ellipses, pairs of quantum particles fluctuated among multiple combinations to produce a spin liquid state.

KREDIT
Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, US Department of Energy

Abstract:
I 1973 antog fysikeren Phil Anderson, at kvantespinvæsken eller QSL-tilstanden eksisterede på nogle trekantede gitter, men han manglede værktøjerne til at dykke dybere. Halvtreds år senere har et hold ledet af forskere tilknyttet Quantum Science Center med hovedkvarter ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory bekræftet tilstedeværelsen af QSL-adfærd i et nyt materiale med denne struktur, KYbSe2.

Tre-benet tilgang skelner kvaliteter af quantum spin væsker

Oak Ridge, TN | Udgivet den 17. november 2023

QSL'er - en usædvanlig tilstand af stof styret af interaktioner mellem sammenfiltrede eller iboende forbundne magnetiske atomer kaldet spins - udmærker sig ved at stabilisere kvantemekanisk aktivitet i KYbSe2 og andre delafossitter. Disse materialer er værdsat for deres lagdelte trekantede gitter og lovende egenskaber, der kunne bidrage til konstruktionen af højkvalitets superledere og kvantecomputerkomponenter.

Papiret, offentliggjort i Nature Physics, indeholder forskere fra ORNL; Lawrence Berkeley National Laboratory; Los Alamos National Laboratory; SLAC National Accelerator Laboratory; University of Tennessee, Knoxville; University of Missouri; University of Minnesota; Stanford University; og Rosario Physics Institute.

"Forskere har studeret det trekantede gitter af forskellige materialer på jagt efter QSL-adfærd," sagde QSC-medlem og hovedforfatter Allen Scheie, en stabsforsker ved Los Alamos. "En fordel ved denne er, at vi nemt kan udskifte atomer for at ændre materialets egenskaber uden at ændre dets struktur, og det gør det ret ideelt set fra et videnskabeligt perspektiv."

Ved at bruge en kombination af teoretiske, eksperimentelle og beregningsmæssige teknikker observerede holdet flere kendetegn ved QSL'er: kvantesammenfiltring, eksotiske kvasipartikler og den rette balance mellem udvekslingsinteraktioner, som styrer, hvordan et spin påvirker sine naboer. Selvom bestræbelser på at identificere disse træk historisk set er blevet hindret af fysiske eksperimenters begrænsninger, kan moderne neutronspredningsinstrumenter producere nøjagtige målinger af komplekse materialer på atomniveau.

Ved at undersøge KYbSe2's spindynamik med Cold Neutron Chopper Spectrometer på ORNL's Spallation Neutron Source - en DOE Office of Science brugerfacilitet - og sammenligne resultaterne med pålidelige teoretiske modeller, fandt forskerne bevis for, at materialet var tæt på det kvantekritiske punkt, hvor QSL-egenskaber trives. De analyserede derefter dens enkelt-ion magnetiske tilstand med SNS's Wide-Angular-Range Chopper Spectrometer.

De pågældende vidner er one-tangle, two-tangle og quantum Fisher information, som har spillet en nøglerolle i tidligere QSC forskning fokuseret på at undersøge en 1D spin kæde, eller en enkelt linje af spins i et materiale. KYbSe2 er et 2D-system, en kvalitet, der gjorde disse bestræbelser mere komplekse.

"Vi tager en co-design tilgang, som er fastkablet ind i QSC," sagde Alan Tennant, en professor i fysik og materialevidenskab og teknik ved UTK, som leder et kvantemagnetprojekt for QSC. "Teoretikere i centret beregner ting, de ikke har været i stand til at beregne før, og dette overlap mellem teori og eksperiment muliggjorde dette gennembrud i QSL-forskning."

Denne undersøgelse stemmer overens med QSC's prioriteter, som inkluderer at forbinde grundlæggende forskning med kvanteelektronik, kvantemagneter og andre nuværende og fremtidige kvanteenheder.

"At få en bedre forståelse af QSL'er er virkelig vigtig for udviklingen af næste generations teknologier," sagde Tennant. "Dette felt er stadig i den grundlæggende forskningstilstand, men vi kan nu identificere, hvilke materialer vi kan ændre for potentielt at lave små enheder fra bunden."

Selvom KYbSe2 ikke er en ægte QSL, betyder det faktum, at omkring 85 % af magnetismen svinger ved lav temperatur, at den har potentiale til at blive en. Forskerne forventer, at små ændringer af dens struktur eller udsættelse for eksternt tryk potentielt kan hjælpe den til at nå 100 %.

QSC-eksperimentalister og beregningsforskere planlægger parallelle undersøgelser og simuleringer med fokus på delafossitmaterialer, men forskernes resultater etablerede en hidtil uset protokol, der også kan anvendes til at studere andre systemer. Ved at strømline evidensbaserede evalueringer af QSL-kandidater sigter de mod at fremskynde søgningen efter ægte QSL'er.

"Det vigtige ved dette materiale er, at vi har fundet en måde at orientere os på kortet så at sige og vise, hvad vi har fået rigtigt," sagde Scheie. "Vi er ret sikre på, at der er en fuld QSL et sted i dette kemiske rum, og nu ved vi, hvordan vi finder det."

Dette arbejde modtog støtte fra DOE, QSC, National Council for Scientific and Technical Research og Simons Foundation.

####

Om DOE/Oak Ridge National Laboratory
QSC, et DOE National Quantum Information Science Research Center ledet af ORNL, udfører banebrydende forskning på nationale laboratorier, universiteter og industripartnere for at overvinde vigtige vejspærringer i kvantestatsresiliens, kontrollerbarhed og i sidste ende skalerbarheden af kvanteteknologier. QSC-forskere designer materialer, der muliggør topologisk kvanteberegning; implementering af nye kvantesensorer til at karakterisere topologiske tilstande og detektere mørkt stof; og design af kvantealgoritmer og -simuleringer for at give en større forståelse af kvantematerialer, kemi og kvantefeltteorier. Disse innovationer gør det muligt for QSC at accelerere informationsbehandling, udforske det tidligere umålelige og bedre forudsige kvantepræstation på tværs af teknologier. For mere information, besøg https://qscience.org .

UT-Battelle administrerer ORNL for DOE's Office of Science, den største enkeltstående tilhænger af grundforskning i de fysiske videnskaber i USA. DOE's Office of Science arbejder på at løse nogle af de mest presserende udfordringer i vor tid. For mere information, besøg https://energy.gov/science . — Elizabeth Rosenthal

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
Elizabeth Rosenthal
DOE/Oak Ridge National Laboratory
Kontor: 865-241-6579

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: