Nanoteknologi nå - Pressemelding: Tredelt tilnærming skiller ut kvalitetene til kvantespinnvæsker

Publisert av Platon

Følgere: 0

Hjemprodukt > Press > Tredelt tilnærming skiller ut kvalitetene til kvantespinnvæsker

En illustrasjon av gitteret undersøkt av Phil Anderson på begynnelsen av 70-tallet. Vist som grønne ellipser, fluktuerte par av kvantepartikler mellom flere kombinasjoner for å produsere en spinnflytende tilstand. KREDITT Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, US Dept. of Energy

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.

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

Abstrakt:
I 1973 antok fysiker Phil Anderson at kvantespinnvæsken, eller QSL,-tilstanden eksisterte på noen trekantede gitter, men han manglet verktøyene til å fordype seg dypere. Femti år senere har et team ledet av forskere tilknyttet Quantum Science Center med hovedkontor ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory bekreftet tilstedeværelsen av QSL-adferd i et nytt materiale med denne strukturen, KYbSe2.

Tredelt tilnærming skiller ut kvalitetene til kvantespinnvæsker

Oak Ridge, TN | Lagt ut 17. november 2023

QSL-er - en uvanlig tilstand av materie kontrollert av interaksjoner mellom sammenfiltrede, eller iboende koblede, magnetiske atomer kalt spinn - utmerker seg ved å stabilisere kvantemekanisk aktivitet i KYbSe2 og andre delafossitter. Disse materialene er verdsatt for sine lagdelte trekantede gitter og lovende egenskaper som kan bidra til konstruksjonen av høykvalitets superledere og kvantedatabehandlingskomponenter.

Papiret, publisert i Nature Physics, inneholder forskere fra ORNL; Lawrence Berkeley National Laboratory; Los Alamos National Laboratory; SLAC National Accelerator Laboratory; University of Tennessee, Knoxville; University of Missouri; University of Minnesota; Universitetet i Stanford; og Rosario Physics Institute.

"Forskere har studert det trekantede gitteret til forskjellige materialer på jakt etter QSL-adferd," sa QSC-medlem og hovedforfatter Allen Scheie, en stabsforsker ved Los Alamos. "En fordel med denne er at vi enkelt kan bytte ut atomer for å modifisere materialets egenskaper uten å endre strukturen, og dette gjør den ganske ideell fra et vitenskapelig perspektiv."

Ved å bruke en kombinasjon av teoretiske, eksperimentelle og beregningstekniske teknikker, observerte teamet flere kjennetegn ved QSL-er: kvanteforviklinger, eksotiske kvasipartikler og den rette balansen mellom utvekslingsinteraksjoner, som kontrollerer hvordan et spinn påvirker naboene. Selv om forsøk på å identifisere disse funksjonene historisk sett har blitt hindret av begrensningene til fysiske eksperimenter, kan moderne nøytronspredningsinstrumenter produsere nøyaktige målinger av komplekse materialer på atomnivå.

Ved å undersøke KYbSe2s spinndynamikk med Cold Neutron Chopper Spectrometer ved ORNLs Spallation Neutron Source – et DOE Office of Science brukeranlegg – og sammenligne resultatene med pålitelige teoretiske modeller, fant forskerne bevis på at materialet var nær det kvantekritiske punktet der QSL-egenskaper trives. De analyserte deretter dens enkelt-ion magnetiske tilstand med SNSs Wide-Angular-Range Chopper Spectrometer.

Vitnene det er snakk om er én-tangle, to-tangle og quantum Fisher-informasjon, som har spilt en nøkkelrolle i tidligere QSC-forskning fokusert på å undersøke en 1D-spinnkjede, eller en enkelt linje med spinn i et materiale. KYbSe2 er et 2D-system, en kvalitet som gjorde disse bestrebelsene mer komplekse.

"Vi tar en co-design-tilnærming, som er koblet inn i QSC," sa Alan Tennant, professor i fysikk og materialvitenskap og ingeniørfag ved UTK som leder et kvantemagnetprosjekt for QSC. "Teoretikere i senteret beregner ting de ikke har vært i stand til å beregne før, og denne overlappingen mellom teori og eksperiment muliggjorde dette gjennombruddet i QSL-forskning."

Denne studien er i tråd med QSCs prioriteringer, som inkluderer å koble grunnleggende forskning til kvanteelektronikk, kvantemagneter og andre nåværende og fremtidige kvanteenheter.

"Å få en bedre forståelse av QSL er virkelig viktig for utviklingen av neste generasjons teknologi," sa Tennant. "Dette feltet er fortsatt i grunnleggende forskningstilstand, men vi kan nå identifisere hvilke materialer vi kan modifisere for potensielt å lage småskala enheter fra bunnen av."

Selv om KYbSe2 ikke er en ekte QSL, betyr det at omtrent 85 % av magnetismen svinger ved lav temperatur at den har potensial til å bli en. Forskerne forventer at små endringer i strukturen eller eksponering for eksternt trykk potensielt kan hjelpe den til å nå 100 %.

QSC-eksperimentalister og beregningsforskere planlegger parallelle studier og simuleringer fokusert på delafossittmaterialer, men forskernes funn etablerte en enestående protokoll som også kan brukes til å studere andre systemer. Ved å strømlinjeforme evidensbaserte evalueringer av QSL-kandidater, har de som mål å akselerere søket etter ekte QSL-er.

"Det viktige med dette materialet er at vi har funnet en måte å orientere oss på kartet så å si og vise hva vi har fått til," sa Scheie. "Vi er ganske sikre på at det er en full QSL et sted i dette kjemiske rommet, og nå vet vi hvordan vi finner det."

Dette arbeidet fikk støtte fra DOE, QSC, National Council for Scientific and Technical Research og Simons Foundation.

####

Om DOE/Oak Ridge National Laboratory
QSC, et DOE National Quantum Information Science Research Center ledet av ORNL, utfører banebrytende forskning ved nasjonale laboratorier, universiteter og industripartnere for å overvinne viktige veisperringer i kvantestatsresiliens, kontrollerbarhet og til slutt skalerbarheten til kvanteteknologier. QSC-forskere designer materialer som muliggjør topologisk kvanteberegning; implementere nye kvantesensorer for å karakterisere topologiske tilstander og oppdage mørk materie; og designe kvantealgoritmer og simuleringer for å gi en større forståelse av kvantematerialer, kjemi og kvantefeltteorier. Disse innovasjonene gjør det mulig for QSC å akselerere informasjonsbehandling, utforske det tidligere umålbare og bedre forutsi kvanteytelse på tvers av teknologier. For mer informasjon, besøk https://qscience.org .

UT-Battelle administrerer ORNL for DOEs Office of Science, den største enkeltstående støttespilleren for grunnleggende forskning innen fysiske vitenskaper i USA. DOEs Office of Science jobber med å løse noen av de mest presserende utfordringene i vår tid. For mer informasjon, besøk https://energy.gov/science . - Elizabeth Rosenthal

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
Elizabeth Rosenthal
DOE/Oak Ridge National Laboratory
Kontor: 865-241-6579

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: