Nanotehnologija zdaj - Sporočilo za javnost: Tristranski pristop razločuje lastnosti kvantnih spinskih tekočin

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Domov > Pritisnite > Tristranski pristop razločuje lastnosti kvantnih vrtilnih tekočin

Ilustracija mreže, ki jo je preiskal Phil Anderson v zgodnjih 70-ih. Pari kvantnih delcev, prikazani kot zelene elipse, nihajo med več kombinacijami, da ustvarijo vrtljivo tekoče stanje. KREDIT Allen Scheie/Nacionalni laboratorij Los Alamos, Ministrstvo za energijo ZDA

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/Nacionalni laboratorij Los Alamos, Ministrstvo za energijo ZDA

Povzetek:
Leta 1973 je fizik Phil Anderson domneval, da stanje kvantne vrtilne tekočine ali QSL obstaja na nekaterih trikotnih mrežah, vendar mu je manjkalo orodij, da bi se poglobil. Petdeset let pozneje je skupina, ki so jo vodili raziskovalci, povezani s Quantum Science Center s sedežem v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge Ministrstva za energijo, potrdila prisotnost obnašanja QSL v novem materialu s to strukturo, KYbSe2.

Tristranski pristop razločuje lastnosti kvantnih vrtilnih tekočin

Oak Ridge, TN | Objavljeno 17. novembra 2023

QSL-ji - nenavadno stanje snovi, ki ga nadzirajo interakcije med zapletenimi ali intrinzično povezanimi magnetnimi atomi, imenovanimi vrtljaji - so odlični pri stabilizaciji kvantne mehanske aktivnosti v KYbSe2 in drugih delafositih. Ti materiali so cenjeni zaradi svojih večplastnih trikotnih mrež in obetavnih lastnosti, ki bi lahko prispevale k konstrukciji visokokakovostnih superprevodnikov in kvantnih računalniških komponent.

Prispevek, objavljen v Nature Physics, vključuje raziskovalce iz ORNL; Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley; Nacionalni laboratorij Los Alamos; Nacionalni pospeševalni laboratorij SLAC; Univerza v Tennesseeju, Knoxville; Univerza v Missouriju; Univerza v Minnesoti; Univerza Stanford; in Fizikalni inštitut Rosario.

"Raziskovalci so preučevali trikotno mrežo različnih materialov v iskanju vedenja QSL," je povedal član QSC in glavni avtor Allen Scheie, znanstveni sodelavec v Los Alamosu. "Ena od prednosti tega je, da lahko zlahka zamenjamo atome, da spremenimo lastnosti materiala, ne da bi spremenili njegovo strukturo, zaradi česar je z znanstvenega vidika precej idealen."

Z uporabo kombinacije teoretičnih, eksperimentalnih in računalniških tehnik je ekipa opazila številne značilnosti QSL-jev: kvantno prepletenost, eksotične kvazidelce in pravo ravnovesje med izmenjavo interakcij, ki nadzorujejo, kako spin vpliva na svoje sosede. Čeprav so prizadevanja za identifikacijo teh značilnosti v preteklosti ovirale omejitve fizikalnih eksperimentov, lahko sodobni instrumenti za sipanje nevtronov proizvedejo natančne meritve kompleksnih materialov na atomski ravni.

S preučevanjem vrtilne dinamike KYbSe2 s spektrometrom Cold Neutron Chopper na ORNL's Spallation Neutron Source - uporabniški objekt DOE Office of Science - in primerjavo rezultatov z zaupanja vrednimi teoretičnimi modeli, so raziskovalci našli dokaze, da je bil material blizu kvantne kritične točke, pri kateri Lastnosti QSL uspevajo. Nato so analizirali njegovo magnetno stanje z enim ionom s SNS-jevim spektrometrom širokega kotnega razpona.

Zadevne priče so informacije z enim zapletom, z dvema zapletoma in kvantnimi Fisherjevimi informacijami, ki so igrale ključno vlogo v prejšnjih raziskavah QSC, osredotočenih na preučevanje 1D vrtilne verige ali ene same linije vrtljajev znotraj materiala. KYbSe2 je 2D sistem, kakovost, ki je ta prizadevanja naredila bolj zapletena.

"Uporabljamo pristop sooblikovanja, ki je vgrajen v QSC," je povedal Alan Tennant, profesor fizike in znanosti o materialih ter inženiringa na UTK, ki vodi projekt kvantnih magnetov za QSC. "Teoretiki znotraj centra računajo stvari, ki jih prej niso mogli izračunati, in to prekrivanje med teorijo in eksperimentom je omogočilo ta preboj v raziskavah QSL."

Ta študija je usklajena s prednostnimi nalogami QSC, ki vključujejo povezovanje temeljnih raziskav s kvantno elektroniko, kvantnimi magneti in drugimi trenutnimi in prihodnjimi kvantnimi napravami.

"Pridobivanje boljšega razumevanja QSL-jev je resnično pomembno za razvoj tehnologij naslednje generacije," je dejal Tennant. "To področje je še vedno v stanju temeljnih raziskav, vendar lahko zdaj ugotovimo, katere materiale lahko spremenimo, da potencialno naredimo naprave majhnega obsega iz nič."

Čeprav KYbSe2 ni pravi QSL, dejstvo, da približno 85 % magnetizma niha pri nizki temperaturi, pomeni, da ima potencial, da to postane. Raziskovalci predvidevajo, da bi rahle spremembe njegove strukture ali izpostavljenost zunanjemu pritisku potencialno lahko pomagale doseči 100 %.

Eksperimentalci QSC in računalniški znanstveniki načrtujejo vzporedne študije in simulacije, osredotočene na delafosit materiale, vendar so ugotovitve raziskovalcev vzpostavile protokol brez primere, ki ga je mogoče uporabiti tudi za preučevanje drugih sistemov. Z racionalizacijo ocenjevanja kandidatov za QSL na podlagi dokazov želijo pospešiti iskanje pristnih QSL-jev.

"Pomembna stvar pri tem gradivu je, da smo našli način, da se tako rekoč orientiramo na zemljevidu in pokažemo, kaj smo dobili prav," je dejal Scheie. "Precej prepričani smo, da je nekje v tem kemičnem prostoru celoten QSL in zdaj vemo, kako ga najti."

To delo je prejelo podporo DOE, QSC, Nacionalnega sveta za znanstvene in tehnične raziskave in Fundacije Simons.

####

O DOE/Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge
QSC, Nacionalni raziskovalni center za kvantno informacijsko znanost DOE, ki ga vodi ORNL, izvaja vrhunske raziskave v nacionalnih laboratorijih, univerzah in industrijskih partnerjih, da bi premagal ključne ovire v odpornosti kvantnega stanja, obvladljivosti in navsezadnje razširljivosti kvantnih tehnologij. Raziskovalci QSC oblikujejo materiale, ki omogočajo topološko kvantno računalništvo; implementacija novih kvantnih senzorjev za karakterizacijo topoloških stanj in zaznavanje temne snovi; in oblikovanje kvantnih algoritmov in simulacij za boljše razumevanje kvantnih materialov, kemije in teorij kvantnega polja. Te inovacije omogočajo QSC, da pospeši obdelavo informacij, razišče prej nemerljivo in bolje predvidi kvantno zmogljivost med tehnologijami. Za več informacij obiščite https://qscience.org .

UT-Battelle upravlja ORNL za Urad za znanost DOE, ki je največji podpornik temeljnih raziskav v fizikalnih znanostih v Združenih državah. Urad za znanost DOE si prizadeva za reševanje nekaterih najbolj perečih izzivov našega časa. Za več informacij obiščite https://energy.gov/science . — Elizabeth Rosenthal

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Elizabeth Rosenthal
DOE/Nacionalni laboratorij Oak Ridge
Pisarna: 865-241-6579

Avtorske pravice © DOE/Nacionalni laboratorij Oak Ridge

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek: