Nanoteknologi Sekarang - Siaran Pers: Pendekatan Tiga Cabang Membedakan Kualitas Cairan Spin Kuantum

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Pendekatan tiga cabang menganalisis kualitas cairan spin kuantum

Ilustrasi kisi-kisi yang diteliti oleh Phil Anderson di awal tahun 70an. Ditampilkan sebagai elips hijau, pasangan partikel kuantum berfluktuasi di antara beberapa kombinasi untuk menghasilkan keadaan cair berputar.

KREDIT
Laboratorium Nasional Allen Scheie/Los Alamos, Departemen Energi AS

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, U.S. Dept. of Energy

Abstrak:
Pada tahun 1973, fisikawan Phil Anderson berhipotesis bahwa keadaan cairan spin kuantum, atau QSL, ada pada beberapa kisi segitiga, namun ia tidak memiliki alat untuk menggali lebih dalam. Lima puluh tahun kemudian, sebuah tim yang dipimpin oleh para peneliti yang terkait dengan Quantum Science Center yang berkantor pusat di Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi telah mengkonfirmasi adanya perilaku QSL pada material baru dengan struktur ini, KYbSe2.

Pendekatan tiga cabang membedakan kualitas cairan spin kuantum

Oak Ridge, TN | Diposting pada 17 November 2023

QSL – keadaan materi yang tidak biasa yang dikendalikan oleh interaksi antara atom magnetik yang terjerat atau terhubung secara intrinsik yang disebut spin – unggul dalam menstabilkan aktivitas mekanika kuantum di KYbSe2 dan delafossit lainnya. Bahan-bahan ini dihargai karena kisi-kisi segitiga berlapis dan sifat menjanjikan yang dapat berkontribusi pada pembangunan superkonduktor berkualitas tinggi dan komponen komputasi kuantum.

Makalah yang diterbitkan di Nature Physics ini menampilkan peneliti dari ORNL; Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley; Laboratorium Nasional Los Alamos; Laboratorium Akselerator Nasional SLAC; Universitas Tennessee, Knoxville; Universitas Missouri; Universitas Minnesota; Universitas Stanford; dan Institut Fisika Rosario.

“Para peneliti telah mempelajari kisi segitiga dari berbagai bahan untuk mencari perilaku QSL,” kata anggota QSC dan penulis utama Allen Scheie, staf ilmuwan di Los Alamos. “Salah satu keuntungan dari metode ini adalah kita dapat menukar atom dengan mudah untuk memodifikasi sifat material tanpa mengubah strukturnya, dan ini membuatnya cukup ideal dari sudut pandang ilmiah.”

Dengan menggunakan kombinasi teknik teoretis, eksperimental, dan komputasi, tim mengamati beberapa keunggulan QSL: keterikatan kuantum, partikel kuasi eksotik, dan keseimbangan interaksi pertukaran yang tepat, yang mengontrol bagaimana putaran memengaruhi tetangganya. Meskipun upaya untuk mengidentifikasi fitur-fitur ini secara historis terhambat oleh keterbatasan eksperimen fisik, instrumen hamburan neutron modern dapat menghasilkan pengukuran yang akurat terhadap material kompleks pada tingkat atom.

Dengan memeriksa dinamika putaran KYbSe2 dengan Cold Neutron Chopper Spectrometer di Spallation Neutron Source ORNL – fasilitas pengguna DOE Office of Science – dan membandingkan hasilnya dengan model teoretis yang tepercaya, para peneliti menemukan bukti bahwa material tersebut mendekati titik kritis kuantum di mana Karakteristik QSL berkembang pesat. Mereka kemudian menganalisis keadaan magnet ion tunggalnya dengan Wide-Angular-Range Chopper Spectrometer SNS.

Saksi yang dimaksud adalah informasi Fisher satu-kusut, dua-kusut, dan kuantum, yang telah memainkan peran penting dalam penelitian QSC sebelumnya yang berfokus pada pemeriksaan rantai putaran 1D, atau satu garis putaran dalam suatu material. KYbSe2 adalah sistem 2D, kualitas yang menjadikan upaya ini lebih kompleks.

“Kami mengambil pendekatan desain bersama, yang tertanam dalam QSC,” kata Alan Tennant, profesor ilmu fisika dan material serta teknik di UTK yang memimpin proyek magnet kuantum untuk QSC. “Para ahli teori di pusat tersebut menghitung hal-hal yang belum dapat mereka hitung sebelumnya, dan tumpang tindih antara teori dan eksperimen ini memungkinkan terobosan dalam penelitian QSL.”

Studi ini sejalan dengan prioritas QSC, yang mencakup menghubungkan penelitian mendasar dengan elektronik kuantum, magnet kuantum, dan perangkat kuantum lainnya saat ini dan masa depan.

“Memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang QSL sangat penting bagi pengembangan teknologi generasi mendatang,” kata Tennant. “Bidang ini masih dalam tahap penelitian mendasar, namun kami sekarang dapat mengidentifikasi bahan mana yang dapat kami modifikasi untuk berpotensi membuat perangkat skala kecil dari awal.”

Meskipun KYbSe2 bukan QSL yang sebenarnya, fakta bahwa sekitar 85% magnet berfluktuasi pada suhu rendah berarti ia berpotensi menjadi QSL. Para peneliti mengantisipasi bahwa sedikit perubahan pada strukturnya atau paparan terhadap tekanan eksternal berpotensi membantu mencapai 100%.

Para peneliti QSC dan ilmuwan komputasi sedang merencanakan studi paralel dan simulasi yang berfokus pada bahan delafossite, namun temuan para peneliti membentuk protokol yang belum pernah ada sebelumnya yang juga dapat diterapkan untuk mempelajari sistem lain. Dengan menyederhanakan evaluasi kandidat QSL berbasis bukti, mereka bertujuan untuk mempercepat pencarian QSL asli.

“Hal penting tentang materi ini adalah kami telah menemukan cara untuk mengarahkan diri kami pada peta sehingga dapat berbicara dan menunjukkan apa yang telah kami lakukan dengan benar,” kata Scheie. “Kami cukup yakin ada QSL lengkap di suatu tempat dalam ruang kimia ini, dan sekarang kami tahu cara menemukannya.”

Pekerjaan ini mendapat dukungan dari DOE, QSC, Dewan Nasional untuk Penelitian Ilmiah dan Teknis dan Simons Foundation.

####

Tentang Laboratorium Nasional DOE/Oak Ridge
QSC, Pusat Penelitian Sains Informasi Kuantum Nasional DOE yang dipimpin oleh ORNL, melakukan penelitian mutakhir di laboratorium nasional, universitas, dan mitra industri untuk mengatasi hambatan utama dalam ketahanan, pengendalian, dan pada akhirnya skalabilitas teknologi kuantum. Peneliti QSC sedang merancang bahan yang memungkinkan komputasi kuantum topologi; menerapkan sensor kuantum baru untuk mengkarakterisasi keadaan topologi dan mendeteksi materi gelap; dan merancang algoritma dan simulasi kuantum untuk memberikan pemahaman yang lebih baik tentang material kuantum, kimia, dan teori medan kuantum. Inovasi-inovasi ini memungkinkan QSC untuk mempercepat pemrosesan informasi, mengeksplorasi kinerja kuantum yang sebelumnya tidak dapat diukur, dan memprediksi kinerja kuantum di seluruh teknologi dengan lebih baik. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi https://qscience.org .

UT-Battelle mengelola ORNL untuk DOE’s Office of Science, satu-satunya pendukung penelitian dasar ilmu fisika terbesar di Amerika Serikat. Kantor Sains DOE berupaya mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi https://energy.gov/science . —Elizabeth Rosenthal

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
Elizabeth Rosenthal
Laboratorium Nasional DOE/Oak Ridge
Kantor: 865-241-6579

Hak Cipta © DOE/Laboratorium Nasional Oak Ridge

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: