اکنون نانوتکنولوژی - بیانیه مطبوعاتی: رویکرد سه جانبه کیفیت مایعات اسپین کوانتومی را تشخیص می دهد

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > رویکرد سه جانبه کیفیت مایعات اسپین کوانتومی را تشخیص می دهد

تصویری از شبکه که توسط فیل اندرسون در اوایل دهه 70 مورد بررسی قرار گرفت. جفت ذرات کوانتومی که به صورت بیضی سبز نشان داده می‌شوند، در میان چندین ترکیب نوسان می‌کنند تا حالت مایع چرخشی ایجاد کنند.

اعتبار
آلن شی/آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، بخش انرژی ایالات متحده

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.

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

چکیده:
در سال 1973، فیزیکدان فیل اندرسون این فرضیه را مطرح کرد که حالت مایع اسپین کوانتومی یا QSL روی برخی شبکه های مثلثی وجود دارد، اما او فاقد ابزار لازم برای کاوش عمیق تر بود. پنجاه سال بعد، تیمی به سرپرستی محققان مرتبط با مرکز علوم کوانتومی که دفتر مرکزی آن در آزمایشگاه ملی Oak Ridge وزارت انرژی قرار دارد، وجود رفتار QSL را در ماده جدیدی با این ساختار، KYbSe2 تأیید کرد.

رویکرد سه جانبه کیفیت مایعات اسپین کوانتومی را تشخیص می دهد

Oak Ridge، TN | ارسال شده در 17 نوامبر 2023

QSLها - حالتی غیرعادی از ماده که توسط فعل و انفعالات بین اتم‌های مغناطیسی درهم‌تنیده یا مرتبط با هم به نام اسپین کنترل می‌شود - در تثبیت فعالیت مکانیکی کوانتومی در KYbSe2 و دیگر دلافوسیت‌ها برتری دارند. این مواد به خاطر شبکه‌های مثلثی لایه‌ای و خواص امیدوارکننده‌ای که می‌توانند به ساخت ابررساناهای با کیفیت بالا و اجزای محاسباتی کوانتومی کمک کنند، ارزشمند هستند.

این مقاله که در Nature Physics منتشر شده است، شامل محققانی از ORNL است. آزمایشگاه ملی لارنس برکلی؛ آزمایشگاه ملی لوس آلاموس؛ آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC; دانشگاه تنسی، ناکسویل؛ دانشگاه میسوری؛ دانشگاه مینه سوتا؛ دانشگاه استنفورد؛ و موسسه فیزیک روزاریو.

آلن شی، عضو QSC و نویسنده اصلی، دانشمند کارکنان لوس آلاموس، گفت: «محققان شبکه مثلثی مواد مختلف را در جستجوی رفتار QSL مورد مطالعه قرار داده‌اند. یکی از مزایای این یکی این است که می‌توانیم اتم‌ها را به راحتی عوض کنیم تا خواص مواد را بدون تغییر ساختار آن تغییر دهیم، و این آن را از دیدگاه علمی بسیار ایده‌آل می‌کند.

این تیم با استفاده از ترکیبی از تکنیک‌های نظری، تجربی و محاسباتی، چندین ویژگی QSL را مشاهده کردند: درهم‌تنیدگی کوانتومی، شبه ذرات عجیب و غریب و تعادل مناسب برهم‌کنش‌های مبادله، که چگونگی تأثیر یک اسپین بر همسایگان خود را کنترل می‌کنند. اگرچه تلاش‌ها برای شناسایی این ویژگی‌ها از نظر تاریخی به دلیل محدودیت‌های آزمایش‌های فیزیکی مانع شده است، ابزارهای پراکندگی نوترونی مدرن می‌توانند اندازه‌گیری دقیقی از مواد پیچیده در سطح اتمی ایجاد کنند.

محققان با بررسی دینامیک اسپین KYbSe2 با طیف‌سنج خردکننده نوترون سرد در منبع نوترونی Spallation ORNL - یک مرکز کاربر دفتر علوم DOE - و مقایسه نتایج با مدل‌های نظری قابل اعتماد، به شواهدی دست یافتند که این ماده به نقطه بحرانی کوانتومی نزدیک است. ویژگی های QSL رشد می کند. آنها سپس حالت مغناطیسی تک یونی آن را با طیف سنج چاپر با دامنه وسیع زاویه دار SNS تجزیه و تحلیل کردند.

شاهدان مورد بحث، اطلاعات فیشر یک درهم، دو درهم و کوانتومی هستند که نقش کلیدی در تحقیقات قبلی QSC با تمرکز بر بررسی یک زنجیره چرخشی 1 بعدی یا یک خط منفرد از چرخش در یک ماده ایفا کرده است. KYbSe2 یک سیستم دو بعدی است، کیفیتی که این تلاش ها را پیچیده تر می کند.

آلن تنانت، پروفسور فیزیک و علم و مهندسی مواد در UTK که پروژه آهنربای کوانتومی را برای QSC رهبری می‌کند، گفت: «ما در حال اتخاذ یک رویکرد طراحی مشترک هستیم که در QSC به کار رفته است. نظریه پردازان در مرکز در حال محاسبه چیزهایی هستند که قبلاً قادر به محاسبه آن نبوده اند و این همپوشانی بین تئوری و آزمایش باعث این پیشرفت در تحقیقات QSL شد.

این مطالعه با اولویت‌های QSC، که شامل اتصال تحقیقات بنیادی به الکترونیک کوانتومی، آهنرباهای کوانتومی و سایر دستگاه‌های کوانتومی فعلی و آینده است، همسو می‌شود.

تنانت گفت: «به‌دست آوردن درک بهتر از QSLها برای توسعه فناوری‌های نسل بعدی بسیار مهم است. این زمینه هنوز در وضعیت تحقیقات بنیادی است، اما اکنون می‌توانیم موادی را که می‌توانیم برای ساختن دستگاه‌های کوچک مقیاس از ابتدا اصلاح کنیم، شناسایی کنیم.»

اگرچه KYbSe2 یک QSL واقعی نیست، این واقعیت که حدود 85 درصد مغناطیس در دمای پایین نوسان می کند به این معنی است که پتانسیل تبدیل شدن به یک را دارد. محققان پیش بینی می کنند که تغییرات جزئی در ساختار آن یا قرار گرفتن در معرض فشار خارجی می تواند به طور بالقوه به آن کمک کند تا به 100٪ برسد.

آزمایش‌گران QSC و دانشمندان محاسباتی در حال برنامه‌ریزی مطالعات و شبیه‌سازی‌های موازی بر روی مواد دلافوسیت هستند، اما یافته‌های محققان پروتکل بی‌سابقه‌ای را ایجاد کردند که می‌تواند برای مطالعه سایر سیستم‌ها نیز به کار رود. با ساده‌سازی ارزیابی‌های مبتنی بر شواهد از نامزدهای QSL، هدف آنها تسریع در جستجوی QSLهای واقعی است.

Scheie گفت: «نکته مهم در مورد این مواد این است که ما راهی پیدا کرده‌ایم تا خودمان را بر روی نقشه جهت‌گیری کنیم و آنچه را که درست انجام داده‌ایم نشان دهیم. ما تقریباً مطمئن هستیم که یک QSL کامل در جایی در این فضای شیمیایی وجود دارد، و اکنون می دانیم که چگونه آن را پیدا کنیم.

این کار از سوی DOE، QSC، شورای ملی تحقیقات علمی و فنی و بنیاد سیمونز حمایت شد.

####

درباره آزمایشگاه ملی DOE/Oak Ridge
QSC، یک مرکز ملی تحقیقات علوم اطلاعات کوانتومی DOE به رهبری ORNL، تحقیقات پیشرفته‌ای را در آزمایشگاه‌های ملی، دانشگاه‌ها و شرکای صنعتی انجام می‌دهد تا بر موانع کلیدی در انعطاف‌پذیری حالت کوانتومی، کنترل‌پذیری و در نهایت مقیاس‌پذیری فناوری‌های کوانتومی غلبه کند. محققان QSC در حال طراحی موادی هستند که محاسبات کوانتومی توپولوژیکی را امکان پذیر می کند. پیاده سازی حسگرهای کوانتومی جدید برای توصیف حالت های توپولوژیکی و تشخیص ماده تاریک. و طراحی الگوریتم‌ها و شبیه‌سازی‌های کوانتومی برای ارائه درک بیشتر از مواد کوانتومی، شیمی و نظریه‌های میدان کوانتومی. این نوآوری‌ها QSC را قادر می‌سازد تا پردازش اطلاعات را تسریع کند، موارد غیرقابل اندازه‌گیری قبلی را کشف کند و عملکرد کوانتومی را در بین فناوری‌ها بهتر پیش‌بینی کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://qscience.org .

UT-Battelle ORNL را برای دفتر علوم DOE، بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده، مدیریت می کند. دفتر علوم DOE در تلاش است تا به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما رسیدگی کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/science . - الیزابت روزنتال

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
الیزابت روزنتال
DOE/آزمایشگاه ملی اوک ریج
دفتر مرکزی: 865-241-6579

حق نشر © DOE/Oak Ridge National Laboratory

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: