Nanotechnologia teraz – komunikat prasowy: Trójstopniowe podejście pozwala rozpoznać właściwości kwantowych cieczy wirowych

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Podejście trójstronne pozwala dostrzec właściwości kwantowych cieczy wirowych

Ilustracja kraty zbadanej przez Phila Andersona na początku lat 70-tych. Pokazane jako zielone elipsy, pary cząstek kwantowych podlegały wahaniom w wielu kombinacjach, tworząc wirowy stan cieczy. KREDYT Allen Scheie/Laboratorium Narodowe Los Alamos, Departament Energii Stanów Zjednoczonych

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.

KREDYT
Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, Departament Energii Stanów Zjednoczonych

Abstrakcyjny:
W 1973 roku fizyk Phil Anderson postawił hipotezę, że w niektórych siatkach trójkątnych istnieje stan kwantowej cieczy spinowej, w skrócie QSL, ale brakowało mu narzędzi, aby sięgnąć głębiej. Pięćdziesiąt lat później zespół kierowany przez naukowców związanych z Quantum Science Center z siedzibą w Laboratorium Narodowym Oak Ridge Departamentu Energii potwierdził obecność zachowania QSL w nowym materiale o tej strukturze, KYbSe2.

Podejście trójstopniowe pozwala dostrzec właściwości kwantowych cieczy wirowych

Oak Ridge, Tennessee | Opublikowano 17 listopada 2023 r

QSL – niezwykły stan materii kontrolowany przez interakcje między splątanymi lub wewnętrznie połączonymi atomami magnetycznymi zwanymi spinami – doskonale stabilizują aktywność mechaniki kwantowej w KYbSe2 i innych delafosytach. Materiały te są cenione ze względu na warstwowe siatki trójkątne i obiecujące właściwości, które mogą przyczynić się do budowy wysokiej jakości nadprzewodników i komponentów do obliczeń kwantowych.

Artykuł opublikowany w Nature Physics przedstawiają badacze z ORNL; Laboratorium Krajowe Lawrence Berkeley; Laboratorium Narodowe w Los Alamos; Krajowe Laboratorium Akceleratorów SLAC; Uniwersytet Tennessee w Knoxville; Uniwersytet Missouri; Uniwersytet Minnesoty; Uniwersytet Stanford; oraz Instytut Fizyki Rosario.

„Naukowcy badali trójkątną siatkę różnych materiałów w poszukiwaniu zachowania QSL” – powiedział członek QSC i główny autor Allen Scheie, pracownik naukowy w Los Alamos. „Jedną z zalet tego rozwiązania jest to, że możemy łatwo zamienić atomy, aby zmodyfikować właściwości materiału bez zmiany jego struktury, co czyni go idealnym z naukowego punktu widzenia”.

Korzystając z kombinacji technik teoretycznych, eksperymentalnych i obliczeniowych, zespół zaobserwował wiele cech charakterystycznych QSL: splątanie kwantowe, egzotyczne kwazicząstki i właściwą równowagę oddziaływań wymiennych, które kontrolują sposób, w jaki spin wpływa na sąsiadów. Chociaż wysiłki mające na celu identyfikację tych cech były w przeszłości utrudniane przez ograniczenia eksperymentów fizycznych, nowoczesne przyrządy do rozpraszania neutronów mogą dawać dokładne pomiary złożonych materiałów na poziomie atomowym.

Badając dynamikę spinu KYbSe2 za pomocą spektrometru zimnego neutronu Chopper w źródle spallacji neutronów ORNL — placówce użytkownika DOE Office of Science — i porównując wyniki z zaufanymi modelami teoretycznymi, naukowcy znaleźli dowody na to, że materiał był blisko kwantowego punktu krytycznego, w którym Charakterystyka QSL rozwija się. Następnie przeanalizowali jego stan magnetyczny pojedynczych jonów za pomocą szerokokątnego spektrometru przerywającego SNS.

Świadkami, o których mowa, są informacje dotyczące jednego splotu, dwóch splotów i kwantowej informacji Fishera, które odegrały kluczową rolę w poprzednich badaniach QSC skupiających się na badaniu łańcucha spinów 1D lub pojedynczej linii spinów w materiale. KYbSe2 to system 2D, co czyni te przedsięwzięcia bardziej złożonymi.

„Przyjmujemy podejście polegające na współprojektowaniu, które jest na stałe wpisane w QSC” – powiedział Alan Tennant, profesor fizyki oraz inżynierii materiałowej na UTK, który kieruje projektem magnesów kwantowych dla QSC. „Teoretycy w centrum obliczają rzeczy, których wcześniej nie byli w stanie obliczyć, a to nakładanie się teorii i eksperymentu umożliwiło przełom w badaniach nad QSL”.

Badanie to jest zgodne z priorytetami QSC, które obejmują połączenie badań podstawowych z elektroniką kwantową, magnesami kwantowymi i innymi obecnymi i przyszłymi urządzeniami kwantowymi.

„Lepsze zrozumienie QSL jest naprawdę istotne dla rozwoju technologii nowej generacji” – powiedział Tennant. „Ta dziedzina jest nadal w fazie badań podstawowych, ale możemy teraz określić, które materiały możemy zmodyfikować, aby potencjalnie stworzyć od podstaw urządzenia na małą skalę”.

Chociaż KYbSe2 nie jest prawdziwym QSL, fakt, że około 85% magnetyzmu zmienia się w niskiej temperaturze, oznacza, że ma potencjał, aby nim stać się. Naukowcy przewidują, że niewielkie zmiany w jego strukturze lub wystawienie na działanie ciśnienia zewnętrznego mogą potencjalnie pomóc w osiągnięciu 100%.

Eksperymentatorzy i naukowcy z QSC planują równoległe badania i symulacje skupiające się na materiałach delafosytu, ale odkrycia badaczy pozwoliły na stworzenie bezprecedensowego protokołu, który można zastosować również do badania innych systemów. Usprawniając opartą na dowodach ocenę kandydatów QSL, mają na celu przyspieszenie wyszukiwania prawdziwych QSL.

„Ważną rzeczą w tym materiale jest to, że znaleźliśmy sposób, aby orientować się na mapie i pokazać, co nam się udało” – powiedział Scheie. „Jesteśmy całkiem pewni, że gdzieś w tej przestrzeni chemicznej znajduje się pełna QSL i teraz wiemy, jak ją znaleźć.”

Praca ta otrzymała wsparcie od DOE, QSC, Krajowej Rady ds. Badań Naukowych i Technicznych oraz Fundacji Simonsa.

####

Informacje o laboratorium krajowym DOE/Oak Ridge
QSC, Narodowe Centrum Badań nad Informacją Kwantową DOE, kierowane przez ORNL, prowadzi najnowocześniejsze badania w krajowych laboratoriach, na uniwersytetach i u partnerów przemysłowych, aby pokonać kluczowe przeszkody w zakresie odporności stanu kwantowego, sterowalności i ostatecznie skalowalności technologii kwantowych. Naukowcy z QSC projektują materiały umożliwiające topologiczne obliczenia kwantowe; wdrażanie nowych czujników kwantowych do charakteryzowania stanów topologicznych i wykrywania ciemnej materii; oraz projektowanie algorytmów i symulacji kwantowych w celu lepszego zrozumienia materiałów kwantowych, chemii i kwantowej teorii pola. Innowacje te umożliwiają QSC przyspieszenie przetwarzania informacji, badanie wcześniej niemierzalnych parametrów i lepsze przewidywanie wydajności kwantowej w różnych technologiach. Po więcej informacji odwiedź https://qscience.org .

UT-Battelle zarządza ORNL w Biurze Naukowym DOE, największym pojedynczym podmiotie wspierającym badania podstawowe w naukach fizycznych w Stanach Zjednoczonych. Biuro Naukowe DOE pracuje nad rozwiązaniem niektórych z najpilniejszych wyzwań naszych czasów. Po więcej informacji odwiedź https://energy.gov/science . — Elżbieta Rosenthal

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Elżbieta Rosenthal
Laboratorium Narodowe DOE/Oak Ridge
Biuro: 865-241-6579

Prawa autorskie © DOE/Oak Ridge National Laboratory

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: