Nanoteknologia nyt - Lehdistötiedote: Kolmiosainen lähestymistapa havaitsee kvanttipyöritysnesteiden ominaisuudet

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Koti > lehdistö > Kolmiosainen lähestymistapa havaitsee kvanttipyöritysnesteiden ominaisuudet

Kuva Phil Andersonin 70-luvun alussa tutkimasta hilasta. Näytetään vihreinä ellipseinä, kvanttihiukkasten parit vaihtelivat useiden yhdistelmien välillä muodostaen spinnestetilan. LUOTTO Allen Scheie / Los Alamos National Laboratory, Yhdysvaltain energiaministeriö

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.

LUOTTO
Allen Scheie / Los Alamos National Laboratory, Yhdysvaltain energiaministeriö

Tiivistelmä:
Vuonna 1973 fyysikko Phil Anderson oletti, että kvanttipyöritysneste eli QSL-tila oli olemassa joissakin kolmiomaisissa hilassa, mutta hänellä ei ollut työkaluja syvemmälle. Viisikymmentä vuotta myöhemmin Quantum Science Centeriin liittyvien tutkijoiden johtama ryhmä, jonka pääkonttori on Department of Energyn Oak Ridge National Laboratoryssa, on vahvistanut QSL-käyttäytymisen esiintymisen uudessa materiaalissa, jolla on tämä rakenne, KYbSe2.

Kolmiosainen lähestymistapa havaitsee kvanttipyöritysnesteiden ominaisuudet

Oak Ridge, TN | Julkaistu 17. marraskuuta 2023

QSL:t – epätavallinen aineen tila, jota ohjaavat kietoutuneiden tai sisäisesti toisiinsa liittyvien, spineiksi kutsuttujen magneettisten atomien väliset vuorovaikutukset – loistavat kvanttimekaanisen toiminnan stabiloinnissa KYbSe2:ssa ja muissa delafossiiteissa. Nämä materiaalit ovat arvostettuja kerroksellisista kolmiohiloista ja lupaavista ominaisuuksista, jotka voivat edistää korkealaatuisten suprajohteiden ja kvanttilaskentakomponenttien rakentamista.

Nature Physics -lehdessä julkaistussa artikkelissa on ORNL:n tutkijoita; Lawrence Berkeleyn kansallinen laboratorio; Los Alamosin kansallinen laboratorio; SLAC National Accelerator Laboratory; Tennesseen yliopisto, Knoxville; Missourin yliopisto; Minnesotan yliopisto; Stanfordin yliopisto; ja Rosario Physics Institute.

"Tutkijat ovat tutkineet eri materiaalien kolmiomaista hilaa etsiessään QSL-käyttäytymistä", sanoi QSC:n jäsen ja johtava kirjailija Allen Scheie, Los Alamosin henkilökuntatutkija. "Yksi etu tässä on, että voimme vaihtaa atomeja helposti muuttaaksemme materiaalin ominaisuuksia muuttamatta sen rakennetta, ja tämä tekee siitä varsin ihanteellisen tieteellisestä näkökulmasta."

Käyttäen teoreettisten, kokeellisten ja laskennallisten tekniikoiden yhdistelmää, työryhmä havaitsi useita QSL:n tunnusmerkkejä: kvanttikettuminen, eksoottiset kvasipartikkelit ja vaihtovuorovaikutusten oikea tasapaino, jotka ohjaavat spinin vaikutusta naapureihinsa. Vaikka fyysisten kokeiden rajoitukset ovat historiallisesti estäneet näiden ominaisuuksien tunnistamista, nykyaikaiset neutroniensirontalaitteet voivat tuottaa tarkkoja mittauksia monimutkaisista materiaaleista atomitasolla.

Tutkimalla KYbSe2:n spindynamiikkaa Cold Neutron Chopper Spectrometer -laitteella ORNL:n Spallation Neutron Sourcessa – DOE Office of Sciencen käyttäjälaitoksessa – ja vertaamalla tuloksia luotettaviin teoreettisiin malleihin, tutkijat löysivät todisteita siitä, että materiaali oli lähellä kvanttikriittistä pistettä, jossa QSL-ominaisuudet kukoistavat. Sitten he analysoivat sen yhden ionin magneettista tilaa SNS:n laajakulmaisen katkaisijaspektrometrillä.

Todistajina ovat yksi-, kaksi- ja kvantti-Fisher-informaatio, jolla on ollut keskeinen rooli aiemmassa QSC-tutkimuksessa, joka keskittyi 1D-pyöritysketjun tai yksittäisen pyöräytysrivin tutkimiseen materiaalin sisällä. KYbSe2 on 2D-järjestelmä, laatu, joka teki näistä pyrkimyksistä monimutkaisempia.

"Otamme yhteissuunnittelun lähestymistavan, joka on kiinteästi kytketty QSC:hen", sanoi Alan Tennant, UTK:n fysiikan ja materiaalitieteen ja tekniikan professori, joka johtaa QSC:n kvanttimagneettiprojektia. "Keskustan teoreetikot laskevat asioita, joita he eivät ole pystyneet laskemaan aiemmin, ja tämä teorian ja kokeen päällekkäisyys mahdollisti tämän läpimurron QSL-tutkimuksessa."

Tämä tutkimus on linjassa QSC:n prioriteettien kanssa, joihin kuuluu perustutkimuksen yhdistäminen kvanttielektroniikkaan, kvanttimagneetteihin ja muihin nykyisiin ja tuleviin kvanttilaitteisiin.

"QSL:n parempi ymmärtäminen on todella tärkeää seuraavan sukupolven teknologioiden kehittämisen kannalta", Tennant sanoi. "Tämä ala on vielä perustutkimuksen tilassa, mutta voimme nyt tunnistaa, mitä materiaaleja voimme muokata mahdollistamaan pienten laitteiden valmistamista tyhjästä."

Vaikka KYbSe2 ei ole todellinen QSL, se tosiasia, että noin 85 % magnetismista vaihtelee alhaisessa lämpötilassa, tarkoittaa, että sillä on potentiaalia tulla sellaiseksi. Tutkijat odottavat, että pienet muutokset sen rakenteessa tai altistuminen ulkoiselle paineelle voivat mahdollisesti auttaa saavuttamaan 100%.

QSC-kokeilijat ja laskennalliset tutkijat suunnittelevat rinnakkaisia tutkimuksia ja simulaatioita, jotka keskittyvät delafossiittimateriaaleihin, mutta tutkijoiden löydökset loivat ennennäkemättömän protokollan, jota voidaan soveltaa myös muiden järjestelmien tutkimiseen. Virtaviivaistamalla todisteisiin perustuvia QSL-ehdokkaiden arviointeja, he pyrkivät nopeuttamaan aitojen QSL:ien etsintää.

"Tärkeintä tässä materiaalissa on, että olemme löytäneet tavan orientoitua kartalla niin sanotusti ja näyttää, mitä olemme saaneet oikein", Scheie sanoi. "Olemme melko varmoja, että jossain tässä kemiallisessa tilassa on täysi QSL, ja nyt tiedämme, kuinka se löytää."

Tätä työtä tukivat DOE, QSC, National Council for Scientific and Technical Research ja Simons Foundation.

####

Tietoja DOE/Oak Ridge National Laboratorysta
QSC, ORNL:n johtama DOE:n kansallinen kvanttitietotieteen tutkimuskeskus, suorittaa huippuluokan tutkimusta kansallisissa laboratorioissa, yliopistoissa ja teollisuuskumppaneissa voittaakseen keskeiset esteet kvanttitilan sietokyvyssä, ohjattavuuden ja viime kädessä kvanttiteknologioiden skaalautuvuuden suhteen. QSC:n tutkijat suunnittelevat materiaaleja, jotka mahdollistavat topologisen kvanttilaskennan; uusien kvanttianturien käyttöönotto topologisten tilojen karakterisoimiseksi ja pimeän aineen havaitsemiseksi; ja kvanttialgoritmien ja -simulaatioiden suunnittelu antaakseen paremman ymmärryksen kvanttimateriaaleista, kemiasta ja kvanttikenttäteorioista. Nämä innovaatiot antavat QSC:lle mahdollisuuden nopeuttaa tiedonkäsittelyä, tutkia aiemmin mittaamatonta ja ennustaa paremmin kvanttitehoa eri teknologioissa. Lisätietoja on osoitteessa https://qscience.org .

UT-Battelle hallinnoi ORNL:ää DOE:n tiedetoimistolle, joka on suurin yksittäinen fysiikan perustutkimuksen tukija Yhdysvalloissa. DOE:n tiedetoimisto pyrkii vastaamaan joihinkin aikamme kiireellisimmistä haasteista. Lisätietoja on osoitteessa https://energy.gov/science . - Elizabeth Rosenthal

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Elizabeth Rosenthal
DOE/Oak Ridge National Laboratory
Toimisto: 865-241-6579

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: