Nanotechnology Now - Comunicat de presă: Abordarea pe trei direcții discerne calitățile lichidelor de spin cuantic

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Abordarea pe trei direcții discerne calitățile lichidelor cu spin cuantic

O ilustrare a rețelei examinate de Phil Anderson la începutul anilor '70. Afișate ca elipse verzi, perechile de particule cuantice au fluctuat între mai multe combinații pentru a produce o stare lichidă de spin.

CREDIT
Allen Scheie/Laboratorul Național Los Alamos, Departamentul de Energie al SUA

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.

CREDIT
Allen Scheie/Laboratorul Naţional Los Alamos, Departamentul de Energie al SUA

Rezumat:
În 1973, fizicianul Phil Anderson a emis ipoteza că starea lichidă de spin cuantic, sau QSL, a existat pe unele rețele triunghiulare, dar îi lipseau instrumentele pentru a aprofunda. Cincizeci de ani mai târziu, o echipă condusă de cercetători asociați cu Centrul de Știință Cuantică cu sediul la Laboratorul Național Oak Ridge al Departamentului de Energie a confirmat prezența comportamentului QSL într-un nou material cu această structură, KYbSe2.

Abordarea pe trei direcții discerne calitățile lichidelor cu spin cuantic

Oak Ridge, TN | Postat pe 17 noiembrie 2023

QSL-urile – o stare neobișnuită a materiei controlată de interacțiuni între atomi magnetici încâlciți sau legați intrinsec, numiți spini – excelează la stabilizarea activității mecanice cuantice în KYbSe2 și alte delafosite. Aceste materiale sunt apreciate pentru rețelele triunghiulare stratificate și proprietățile promițătoare care ar putea contribui la construcția de supraconductori și componente de calcul cuantic de înaltă calitate.

Lucrarea, publicată în Nature Physics, prezintă cercetători de la ORNL; Laboratorul Național Lawrence Berkeley; Laboratorul Național Los Alamos; SLAC Laboratorul Naţional de Accelerator; Universitatea din Tennessee, Knoxville; Universitatea din Missouri; Universitatea din Minnesota; Universitatea Stanford; și Institutul de Fizică Rosario.

„Cercetătorii au studiat rețeaua triunghiulară a diferitelor materiale în căutarea comportamentului QSL”, a spus membrul QSC și autorul principal Allen Scheie, om de știință la Los Alamos. „Un avantaj al acestuia este că putem schimba cu ușurință atomi pentru a modifica proprietățile materialului fără a-i modifica structura, iar acest lucru îl face destul de ideal din perspectivă științifică.”

Folosind o combinație de tehnici teoretice, experimentale și de calcul, echipa a observat mai multe semne distinctive ale QSL-urilor: întricarea cuantică, cvasiparticule exotice și echilibrul corect al interacțiunilor de schimb, care controlează modul în care un spin își influențează vecinii. Deși eforturile de identificare a acestor caracteristici au fost împiedicate din punct de vedere istoric de limitările experimentelor fizice, instrumentele moderne de împrăștiere a neutronilor pot produce măsurători precise ale materialelor complexe la nivel atomic.

Examinând dinamica spinării lui KYbSe2 cu spectrometrul Cold Neutron Chopper de la Spallation Neutron Source de la ORNL - o facilitate de utilizator DOE Office of Science - și comparând rezultatele cu modele teoretice de încredere, cercetătorii au găsit dovezi că materialul era aproape de punctul critic cuantic la care Caracteristicile QSL prosperă. Apoi au analizat starea sa magnetică cu un singur ion cu spectrometrul Chopper cu rază unghiulară largă de la SNS.

Martorii în cauză sunt informațiile Fisher cu un încâlcire, două încâlciri și cuantice, care au jucat un rol cheie în cercetările QSC anterioare concentrate pe examinarea unui lanț de spin 1D sau a unei singure linii de rotații într-un material. KYbSe2 este un sistem 2D, o calitate care a făcut aceste eforturi mai complexe.

„Adoptăm o abordare de co-proiectare, care este conectată în QSC”, a spus Alan Tennant, profesor de fizică și știința materialelor și inginerie la UTK, care conduce un proiect de magneți cuantici pentru QSC. „Teoreticienii din centru calculează lucruri pe care nu le-au putut calcula înainte, iar această suprapunere între teorie și experiment a permis această descoperire în cercetarea QSL.”

Acest studiu se aliniază cu prioritățile QSC, care includ conectarea cercetării fundamentale la electronica cuantică, magneții cuantici și alte dispozitive cuantice actuale și viitoare.

„Obândirea unei mai bune înțelegeri a QSL-urilor este cu adevărat semnificativă pentru dezvoltarea tehnologiilor de generație următoare”, a spus Tennant. „Acest domeniu este încă în starea de cercetare fundamentală, dar acum putem identifica ce materiale putem modifica pentru a putea face dispozitive la scară mică de la zero.”

Deși KYbSe2 nu este un QSL adevărat, faptul că aproximativ 85% din magnetism fluctuează la temperatură scăzută înseamnă că are potențialul de a deveni unul. Cercetătorii anticipează că ușoare alternanțe ale structurii sale sau expunerea la presiunea externă ar putea ajuta să ajungă la 100%.

Experimentarii QSC și oamenii de știință în calcul plănuiesc studii și simulări paralele axate pe materiale delafossite, dar descoperirile cercetătorilor au stabilit un protocol fără precedent care poate fi aplicat și pentru studiul altor sisteme. Prin eficientizarea evaluărilor bazate pe dovezi ale candidaților QSL, ei urmăresc să accelereze căutarea QSL-urilor autentice.

„Lucrul important despre acest material este că am găsit o modalitate de a ne orienta pe hartă pentru a spune așa și a arăta ceea ce am făcut bine”, a spus Scheie. „Suntem destul de siguri că există un QSL complet undeva în acest spațiu chimic și acum știm cum să-l găsim.”

Această lucrare a primit sprijin de la DOE, QSC, Consiliul Național pentru Cercetare Științifică și Tehnică și Fundația Simons.

####

Despre DOE/Oak Ridge National Laboratory
QSC, un Centru național de cercetare în știința informațiilor cuantice, condus de ORNL, efectuează cercetări de ultimă oră la laboratoare naționale, universități și parteneri din industrie pentru a depăși obstacolele cheie în reziliența stării cuantice, controlabilitatea și, în cele din urmă, scalabilitatea tehnologiilor cuantice. Cercetătorii QSC proiectează materiale care permit calculul cuantic topologic; implementarea de noi senzori cuantici pentru a caracteriza stările topologice și a detecta materia întunecată; și proiectarea de algoritmi și simulări cuantice pentru a oferi o mai bună înțelegere a materialelor cuantice, a chimiei și a teoriilor câmpurilor cuantice. Aceste inovații permit QSC să accelereze procesarea informațiilor, să exploreze cele nemăsurabile anterior și să prezică mai bine performanța cuantică în toate tehnologiile. Pentru mai multe informații, vizitați https://qscience.org .

UT-Battelle administrează ORNL pentru Biroul de Știință al DOE, cel mai mare susținător al cercetării de bază în științe fizice din Statele Unite. Biroul de Știință al DOE lucrează pentru a aborda unele dintre cele mai presante provocări ale timpului nostru. Pentru mai multe informații, vizitați https://energy.gov/science . — Elizabeth Rosenthal

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Elizabeth Rosenthal
DOE/Oak Ridge National Laboratory
Birou: 865-241-6579

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: