Nanotechnology Now - Δελτίο Τύπου: Τριπλή Προσέγγιση Διακρίνει Ποιότητες Υγρών Quantum Spin

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Η τριπλή προσέγγιση διακρίνει τις ιδιότητες των υγρών κβαντικής σπιν

Μια απεικόνιση του πλέγματος που εξέτασε ο Phil Anderson στις αρχές της δεκαετίας του '70. Εμφανισμένα ως πράσινες ελλείψεις, ζεύγη κβαντικών σωματιδίων κυμαίνονταν μεταξύ πολλαπλών συνδυασμών για να δημιουργήσουν μια υγρή κατάσταση περιστροφής. CREDIT Allen Scheie/Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos, Τμήμα Ενέργειας των ΗΠΑ

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.

ΠΙΣΤΩΣΗ
Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, U.S. Dept. of Energy

Περίληψη:
Το 1973, ο φυσικός Phil Anderson υπέθεσε ότι η κατάσταση του υγρού κβαντικού σπιν, ή QSL, υπήρχε σε μερικά τριγωνικά πλέγματα, αλλά του έλειπαν τα εργαλεία για να εμβαθύνει. Πενήντα χρόνια αργότερα, μια ομάδα με επικεφαλής ερευνητές που σχετίζονται με το Quantum Science Center που εδρεύει στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge του Τμήματος Ενέργειας επιβεβαίωσε την παρουσία συμπεριφοράς QSL σε ένα νέο υλικό με αυτή τη δομή, το KYbSe2.

Η τριπλή προσέγγιση διακρίνει τις ιδιότητες των υγρών κβαντικής σπιν

Oak Ridge, TN | Δημοσιεύτηκε στις 17 Νοεμβρίου 2023

Τα QSL - μια ασυνήθιστη κατάσταση της ύλης που ελέγχεται από αλληλεπιδράσεις μεταξύ εμπλεκόμενων, ή εγγενώς συνδεδεμένων, μαγνητικών ατόμων που ονομάζονται σπιν - υπερέχουν στη σταθεροποίηση της κβαντομηχανικής δραστηριότητας στο KYbSe2 και σε άλλους δελαφοσίτες. Αυτά τα υλικά βραβεύονται για τα πολυεπίπεδα τριγωνικά πλέγματα τους και τις πολλά υποσχόμενες ιδιότητες που θα μπορούσαν να συμβάλουν στην κατασκευή υπεραγωγών υψηλής ποιότητας και εξαρτημάτων κβαντικών υπολογιστών.

Η εργασία, που δημοσιεύτηκε στο Nature Physics, περιλαμβάνει ερευνητές από το ORNL. Lawrence Berkeley National Laboratory; Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos; SLAC National Accelerator Laboratory; το Πανεπιστήμιο του Τενεσί, Νόξβιλ· το Πανεπιστήμιο του Μιζούρι· το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα· Πανεπιστημιο του Στανφορντ; και το Rosario Physics Institute.

«Οι ερευνητές μελέτησαν το τριγωνικό πλέγμα διαφόρων υλικών σε αναζήτηση της συμπεριφοράς QSL», δήλωσε το μέλος του QSC και επικεφαλής συγγραφέας Allen Scheie, επιστήμονας στο Los Alamos. "Ένα πλεονέκτημα αυτού είναι ότι μπορούμε να ανταλλάξουμε άτομα εύκολα για να τροποποιήσουμε τις ιδιότητες του υλικού χωρίς να αλλάξουμε τη δομή του, και αυτό το καθιστά αρκετά ιδανικό από επιστημονική άποψη."

Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό θεωρητικών, πειραματικών και υπολογιστικών τεχνικών, η ομάδα παρατήρησε πολλαπλά χαρακτηριστικά των QSL: κβαντική εμπλοκή, εξωτικά οιονεί σωματίδια και τη σωστή ισορροπία αλληλεπιδράσεων ανταλλαγής, που ελέγχουν πώς ένα σπιν επηρεάζει τους γείτονές του. Αν και οι προσπάθειες για τον εντοπισμό αυτών των χαρακτηριστικών έχουν ιστορικά παρεμποδιστεί από τους περιορισμούς των φυσικών πειραμάτων, τα σύγχρονα όργανα σκέδασης νετρονίων μπορούν να παράγουν ακριβείς μετρήσεις πολύπλοκων υλικών σε ατομικό επίπεδο.

Εξετάζοντας τη δυναμική περιστροφής του KYbSe2 με το φασματόμετρο Cold Neutron Chopper στην Πηγή Νετρονίων Spallation του ORNL — μια εγκατάσταση χρήστη του DOE Office of Science — και συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με αξιόπιστα θεωρητικά μοντέλα, οι ερευνητές βρήκαν στοιχεία ότι το υλικό ήταν κοντά στο κβαντικό κρίσιμο σημείο στο οποίο Τα χαρακτηριστικά QSL ευδοκιμούν. Στη συνέχεια ανέλυσαν τη μαγνητική του κατάσταση ενός ιόντος με το φασματόμετρο κοπής ευρείας γωνίας SNS.

Οι εν λόγω μάρτυρες είναι οι πληροφορίες του one-tangle, two-tangle και του κβαντικού Fisher, οι οποίες έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στην προηγούμενη έρευνα του QSC που επικεντρώθηκε στην εξέταση μιας αλυσίδας 1D spin ή μιας γραμμής περιστροφών μέσα σε ένα υλικό. Το KYbSe2 είναι ένα σύστημα 2D, μια ποιότητα που έκανε αυτές τις προσπάθειες πιο περίπλοκες.

«Ακολουθούμε μια προσέγγιση συν-σχεδιασμού, η οποία είναι ενσωματωμένη στο QSC», δήλωσε ο Alan Tennant, καθηγητής φυσικής και επιστήμης και μηχανικής υλικών στο UTK, ο οποίος ηγείται ενός έργου κβαντικών μαγνητών για το QSC. «Οι θεωρητικοί μέσα στο κέντρο υπολογίζουν πράγματα που δεν ήταν σε θέση να υπολογίσουν πριν, και αυτή η επικάλυψη μεταξύ θεωρίας και πειράματος επέτρεψε αυτή την ανακάλυψη στην έρευνα QSL».

Αυτή η μελέτη ευθυγραμμίζεται με τις προτεραιότητες του QSC, οι οποίες περιλαμβάνουν τη σύνδεση βασικής έρευνας με την κβαντική ηλεκτρονική, τους κβαντικούς μαγνήτες και άλλες τρέχουσες και μελλοντικές κβαντικές συσκευές.

«Η απόκτηση καλύτερης κατανόησης των QSL είναι πραγματικά σημαντική για την ανάπτυξη τεχνολογιών επόμενης γενιάς», είπε ο Tennant. «Αυτό το πεδίο βρίσκεται ακόμα στη θεμελιώδη κατάσταση της έρευνας, αλλά τώρα μπορούμε να προσδιορίσουμε ποια υλικά μπορούμε να τροποποιήσουμε για να κατασκευάσουμε δυνητικά συσκευές μικρής κλίμακας από την αρχή».

Αν και το KYbSe2 δεν είναι αληθινό QSL, το γεγονός ότι περίπου το 85% του μαγνητισμού κυμαίνεται σε χαμηλή θερμοκρασία σημαίνει ότι έχει τη δυνατότητα να γίνει ένα. Οι ερευνητές προβλέπουν ότι οι μικρές εναλλαγές στη δομή του ή η έκθεση σε εξωτερική πίεση θα μπορούσαν ενδεχομένως να το βοηθήσουν να φτάσει στο 100%.

Οι πειραματιστές της QSC και οι υπολογιστικοί επιστήμονες σχεδιάζουν παράλληλες μελέτες και προσομοιώσεις που επικεντρώνονται σε υλικά δελαφοσίτου, αλλά τα ευρήματα των ερευνητών καθιέρωσαν ένα πρωτόκολλο άνευ προηγουμένου που μπορεί επίσης να εφαρμοστεί για τη μελέτη άλλων συστημάτων. Με τον εξορθολογισμό των αξιολογήσεων που βασίζονται σε στοιχεία των υποψηφίων QSL, στοχεύουν στην επιτάχυνση της αναζήτησης γνήσιων QSL.

«Το σημαντικό με αυτό το υλικό είναι ότι βρήκαμε έναν τρόπο να προσανατολιστούμε στον χάρτη και να δείξουμε τι έχουμε κάνει σωστά», είπε ο Scheie. "Είμαστε σίγουροι ότι υπάρχει ένα πλήρες QSL κάπου μέσα σε αυτόν τον χημικό χώρο και τώρα ξέρουμε πώς να το βρούμε."

Αυτή η εργασία έλαβε υποστήριξη από το DOE, το QSC, το Εθνικό Συμβούλιο Επιστημονικής και Τεχνικής Έρευνας και το Ίδρυμα Simons.

####

Σχετικά με το Εθνικό Εργαστήριο DOE/Oak Ridge
Το QSC, ένα Εθνικό Ερευνητικό Κέντρο Κβαντικής Πληροφορικής Επιστήμης της DOE υπό την ηγεσία του ORNL, πραγματοποιεί έρευνα αιχμής σε εθνικά εργαστήρια, πανεπιστήμια και βιομηχανικούς εταίρους για να ξεπεράσει βασικά εμπόδια στην ανθεκτικότητα της κβαντικής κατάστασης, τη δυνατότητα ελέγχου και τελικά την επεκτασιμότητα των κβαντικών τεχνολογιών. Οι ερευνητές του QSC σχεδιάζουν υλικά που επιτρέπουν τον τοπολογικό κβαντικό υπολογισμό. Εφαρμογή νέων κβαντικών αισθητήρων για τον χαρακτηρισμό τοπολογικών καταστάσεων και την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης. και σχεδιασμός κβαντικών αλγορίθμων και προσομοιώσεων για την παροχή μεγαλύτερης κατανόησης των κβαντικών υλικών, της χημείας και των θεωριών κβαντικών πεδίων. Αυτές οι καινοτομίες δίνουν τη δυνατότητα στο QSC να επιταχύνει την επεξεργασία πληροφοριών, να εξερευνήσει τα προηγούμενα μη μετρήσιμα και να προβλέψει καλύτερα την κβαντική απόδοση σε όλες τις τεχνολογίες. Για περισσότερες πληροφορίες, επισκεφθείτε https://qscience.org .

Η UT-Battelle διαχειρίζεται το ORNL για το DOE's Office of Science, τον μοναδικό μεγαλύτερο υποστηρικτή της βασικής έρευνας στις φυσικές επιστήμες στις Ηνωμένες Πολιτείες. Το Γραφείο Επιστήμης της DOE εργάζεται για να αντιμετωπίσει μερικές από τις πιο πιεστικές προκλήσεις της εποχής μας. Για περισσότερες πληροφορίες, επισκεφθείτε https://energy.gov/science . — Ελίζαμπεθ Ρόζενταλ

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Ελίζαμπεθ Ρόζενταλ
Εθνικό Εργαστήριο DOE/Oak Ridge
Office: 865-241-6579

Πνευματικά δικαιώματα © DOE/Oak Ridge National Laboratory

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: