Nanotechnologie nu - Persbericht: Drieledige aanpak onderscheidt kwaliteiten van Quantum Spin-vloeistoffen

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > Drieledige aanpak onderscheidt de kwaliteiten van kwantumspinvloeistoffen

Een illustratie van het rooster dat Phil Anderson begin jaren '70 onderzocht. Getoond als groene ellipsen fluctueerden paren kwantumdeeltjes tussen meerdere combinaties om een spin-vloeistoftoestand te produceren.

CREDIT
Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, Amerikaans ministerie van Energie

Abstract:
In 1973 veronderstelde natuurkundige Phil Anderson dat de kwantumspinvloeistof, of QSL, bestond op een aantal driehoekige roosters, maar hij beschikte niet over de middelen om dieper te graven. Vijftig jaar later heeft een team onder leiding van onderzoekers verbonden aan het Quantum Science Center met hoofdkantoor in het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy de aanwezigheid van QSL-gedrag bevestigd in een nieuw materiaal met deze structuur, KYbSe2.

Drieledige aanpak onderscheidt de kwaliteiten van kwantumspinvloeistoffen

Oak Ridge, TN | Geplaatst op 17 november 2023

QSL’s – een ongebruikelijke toestand van materie die wordt beheerst door interacties tussen verstrengelde of intrinsiek verbonden magnetische atomen, spins genoemd – blinken uit in het stabiliseren van de kwantummechanische activiteit in KYbSe2 en andere delafossieten. Deze materialen worden gewaardeerd om hun gelaagde driehoekige roosters en veelbelovende eigenschappen die kunnen bijdragen aan de constructie van hoogwaardige supergeleiders en kwantumcomputercomponenten.

Het artikel, gepubliceerd in Nature Physics, bevat onderzoekers van ORNL; Lawrence Berkeley Nationaal Laboratorium; Nationaal laboratorium Los Alamos; SLAC Nationaal Acceleratorlaboratorium; de Universiteit van Tennessee, Knoxville; de Universiteit van Missouri; de Universiteit van Minnesota; Stanford universiteit; en het Rosario Natuurkunde Instituut.

"Onderzoekers hebben het driehoekige rooster van verschillende materialen bestudeerd op zoek naar QSL-gedrag", zegt QSC-lid en hoofdauteur Allen Scheie, stafwetenschapper bij Los Alamos. "Een voordeel hiervan is dat we atomen gemakkelijk kunnen verwisselen om de eigenschappen van het materiaal te wijzigen zonder de structuur te veranderen, en dit maakt het vrij ideaal vanuit wetenschappelijk perspectief."

Met behulp van een combinatie van theoretische, experimentele en computationele technieken observeerde het team meerdere kenmerken van QSL's: kwantumverstrengeling, exotische quasideeltjes en de juiste balans van uitwisselingsinteracties, die bepalen hoe een spin zijn buren beïnvloedt. Hoewel pogingen om deze kenmerken te identificeren historisch gezien werden belemmerd door de beperkingen van fysieke experimenten, kunnen moderne neutronenverstrooiingsinstrumenten nauwkeurige metingen van complexe materialen op atomair niveau produceren.

Door de spindynamiek van KYbSe2 te onderzoeken met de Cold Neutron Chopper Spectrometer bij ORNL's Spallation Neutron Source – een gebruikersfaciliteit van het DOE Office of Science – en de resultaten te vergelijken met vertrouwde theoretische modellen, vonden de onderzoekers bewijs dat het materiaal dicht bij het kwantumkritische punt lag waarop QSL-kenmerken gedijen. Vervolgens analyseerden ze de magnetische toestand van één ion met de Wide-Angular-Range Chopper Spectrometer van SNS.

De getuigen in kwestie zijn de one-tangle, two-tangle en quantum Fisher-informatie, die een sleutelrol heeft gespeeld in eerder QSC-onderzoek gericht op het onderzoeken van een 1D-spinketen, of een enkele lijn van spins binnen een materiaal. KYbSe2 is een 2D-systeem, een kwaliteit die deze inspanningen complexer maakte.

"We hanteren een co-designaanpak, die in de QSC is ingebed", zegt Alan Tennant, hoogleraar natuurkunde en materiaalkunde en techniek aan de UTK, die een kwantummagnetenproject leidt voor de QSC. “Theoretici binnen het centrum berekenen dingen die ze nog niet eerder hebben kunnen berekenen, en deze overlap tussen theorie en experiment heeft deze doorbraak in het QSL-onderzoek mogelijk gemaakt.”

Deze studie sluit aan bij de prioriteiten van het QSC, waaronder het verbinden van fundamenteel onderzoek met kwantumelektronica, kwantummagneten en andere huidige en toekomstige kwantumapparaten.

"Het verkrijgen van een beter begrip van QSL's is van groot belang voor de ontwikkeling van technologieën van de volgende generatie", aldus Tennant. “Dit vakgebied bevindt zich nog steeds in de fundamentele onderzoeksfase, maar we kunnen nu identificeren welke materialen we kunnen aanpassen om mogelijk vanuit het niets kleinschalige apparaten te maken.”

Hoewel KYbSe2 geen echte QSL is, betekent het feit dat ongeveer 85% van het magnetisme bij lage temperaturen fluctueert dat het de potentie heeft om er een te worden. De onderzoekers verwachten dat kleine veranderingen in de structuur of blootstelling aan externe druk er mogelijk voor kunnen zorgen dat de 100% wordt bereikt.

QSC-experimentalisten en computationele wetenschappers plannen parallelle studies en simulaties gericht op delafossietmaterialen, maar de bevindingen van de onderzoekers hebben een ongekend protocol opgeleverd dat ook kan worden toegepast om andere systemen te bestuderen. Door op bewijs gebaseerde evaluaties van QSL-kandidaten te stroomlijnen, willen ze de zoektocht naar echte QSL's versnellen.

"Het belangrijkste aan dit materiaal is dat we een manier hebben gevonden om ons als het ware op de kaart te oriënteren en te laten zien wat we goed hebben gedaan," zei Scheie. "We zijn er vrij zeker van dat er ergens in deze chemische ruimte een volledige QSL is, en nu weten we hoe we die kunnen vinden."

Dit werk kreeg steun van DOE, de QSC, de Nationale Raad voor Wetenschappelijk en Technisch Onderzoek en de Simons Foundation.

####

Over DOE/Oak Ridge National Laboratory
De QSC, een DOE National Quantum Information Science Research Center onder leiding van ORNL, voert baanbrekend onderzoek uit in nationale laboratoria, universiteiten en industriële partners om belangrijke wegversperringen op het gebied van de veerkracht, controleerbaarheid en uiteindelijk de schaalbaarheid van kwantumtechnologieën te overwinnen. QSC-onderzoekers ontwerpen materialen die topologische kwantumcomputers mogelijk maken; het implementeren van nieuwe kwantumsensoren om topologische toestanden te karakteriseren en donkere materie te detecteren; en het ontwerpen van kwantumalgoritmen en simulaties om een beter inzicht te verschaffen in kwantummaterialen, chemie en kwantumveldtheorieën. Deze innovaties stellen het QSC in staat om de informatieverwerking te versnellen, het voorheen onmeetbare te onderzoeken en de kwantumprestaties van verschillende technologieën beter te voorspellen. Voor meer informatie bezoek https://qscience.org .

UT-Battelle beheert ORNL voor DOE's Office of Science, de grootste voorstander van fundamenteel onderzoek in de natuurwetenschappen in de Verenigde Staten. DOE's Office of Science werkt aan het aanpakken van enkele van de meest urgente uitdagingen van onze tijd. Voor meer informatie bezoek https://energy.gov/science . – Elizabeth Rosenthal

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Elisabeth Rosenthal
DOE/Oak Ridge Nationaal Laboratorium
Office: 865-241-6579

Auteursrecht © DOE/Oak Ridge National Laboratory

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer:

Gerelateerde Links

ARTIKEL TITEL

Gerelateerd nieuws Pers

Nieuws en informatie

Omgekeerde perovskiet-zonnecel breekt efficiëntierecord van 25%: Onderzoekers verbeteren de celefficiëntie door een combinatie van moleculen te gebruiken om verschillende problemen aan te pakken November 17th, 2023

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Nieuwe hulpmiddelen zullen helpen bij het bestuderen van de kwantumchemie aan boord van het internationale ruimtestation: professor Nicholas Bigelow uit Rochester hielp bij het ontwikkelen van experimenten die werden uitgevoerd in het Cold Atom Lab van NASA om de fundamentele aard van de wereld om ons heen te onderzoeken November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Nieuwe laseropstelling onderzoekt metamateriaalstructuren met ultrasnelle pulsen: de techniek zou de ontwikkeling van akoestische lenzen, slagvaste films en andere futuristische materialen kunnen versnellen November 17th, 2023

Kwantumfysica

Het USTC realiseert in situ elektronenparamagnetische resonantiespectroscopie met behulp van enkele nanodiamantsensoren November 3rd, 2023

Op optische vezels gebaseerde lichtbron met één foton bij kamertemperatuur voor kwantumverwerking van de volgende generatie: met ytterbium gedoteerde optische vezels zullen naar verwachting de weg vrijmaken voor kosteneffectieve kwantumtechnologieën November 3rd, 2023

Hoe een “2D” kwantum-supervloeistof aanvoelt November 3rd, 2023

Quantumchemie

Magnetisme/Magnonen

Onderzoek naar magnetische krachtmicroscopie wint Advances in Magnetism Award 2023: analyse van eindige grootte-effecten onthult aanzienlijke gevolgen voor dichtheidsmetingen November 3rd, 2023

Laboratoria

Een voorheen onbekende route naar batterijen met veel energie, lage kosten en een lange levensduur: nieuw ontdekt reactiemechanisme overwint snelle prestatiedaling bij lithium-zwavelbatterijen 8 september 2023

Nieuwe katalysator kan de methaanvervuiling van miljoenen motoren drastisch verminderen: onderzoekers demonstreren een manier om het krachtige broeikasgas te verwijderen uit de uitlaat van motoren die aardgas verbranden. Juli 21st, 2023

Een niet-covalente bindingservaring: wetenschappers ontdekken nieuwe structuren voor unieke hybride materialen door hun chemische bindingen te veranderen Juli 21st, 2023

Onthulling van de kwantumdans: experimenten onthullen verband tussen trillings- en elektronische dynamiek: koppeling van elektronische en nucleaire dynamiek onthuld in moleculen met ultrasnelle lasers en röntgenstralen Juli 21st, 2023

Govt.-wetgeving / verordening / financiering / beleid

Quasikristallen van nanodeeltjes geconstrueerd met DNA: de doorbraak opent de weg voor het ontwerpen en bouwen van complexere structuren November 3rd, 2023

Mogelijke toekomsten

Licht werpen op unieke geleidingsmechanismen in een nieuw type perovskietoxide November 17th, 2023

Zilveren nanodeeltjes: garanderen antimicrobiële veilige thee November 17th, 2023

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

ontdekkingen

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Mededelingen

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Interviews / Boekbesprekingen / Essays / Rapporten / Podcasts / Journals / White papers / Posters

Nachtelijke stralingsopwarming met behulp van de atmosfeer November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Beurzen / gesponsord onderzoek / prijzen / beurzen / geschenken / wedstrijden / onderscheidingen / records

Onderzoek naar magnetische krachtmicroscopie wint Advances in Magnetism Award 2023: analyse van eindige grootte-effecten onthult aanzienlijke gevolgen voor dichtheidsmetingen November 3rd, 2023

Kwantumcomputers trainen: natuurkundigen winnen prestigieuze IBM Award 8 september 2023

Het heden en de toekomst van computers krijgen een boost door nieuw onderzoek Juli 21st, 2023

Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
Bron: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57422