Nanotechnology Now - Pressmeddelande: Tresidigt tillvägagångssätt urskiljer egenskaperna hos kvantspinnvätskor

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Hem > Presse > Tredelad tillvägagångssätt urskiljer egenskaperna hos kvantspinnvätskor

En illustration av gallret som undersöktes av Phil Anderson i början av 70-talet. Visat som gröna ellipser fluktuerade par av kvantpartiklar bland flera kombinationer för att producera ett spinnvätsketillstånd.

KREDITERA
Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, U.S. 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.

KREDITERA
Allen Scheie/Los Alamos National Laboratory, USA:s energidepartement

Sammanfattning:
1973 antog fysikern Phil Anderson att tillståndet quantum spin liquid, eller QSL, existerade på några triangulära gitter, men han saknade verktygen för att gräva djupare. Femtio år senare har ett team ledd av forskare associerade med Quantum Science Center med huvudkontor vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory bekräftat förekomsten av QSL-beteende i ett nytt material med denna struktur, KYbSe2.

Tredelad tillvägagångssätt urskiljer egenskaperna hos kvantspinnvätskor

Oak Ridge, TN | Postat den 17 november 2023

QSLs - ett ovanligt tillstånd av materia som kontrolleras av interaktioner mellan intrasslade eller inneboende sammanlänkade magnetiska atomer som kallas spins - utmärker sig vid stabilisering av kvantmekanisk aktivitet i KYbSe2 och andra delafossiter. Dessa material är prisade för sina skiktade triangulära gitter och lovande egenskaper som kan bidra till konstruktionen av högkvalitativa supraledare och kvantberäkningskomponenter.

Uppsatsen, publicerad i Nature Physics, innehåller forskare från ORNL; Lawrence Berkeley National Laboratory; Los Alamos National Laboratory; SLAC National Accelerator Laboratory; University of Tennessee, Knoxville; University of Missouri; University of Minnesota; Stanford University; och Rosario Physics Institute.

"Forskare har studerat det triangulära gittret av olika material i jakten på QSL-beteende", säger QSC-medlemmen och huvudförfattaren Allen Scheie, en personalforskare vid Los Alamos. "En fördel med den här är att vi enkelt kan byta ut atomer för att modifiera materialets egenskaper utan att ändra dess struktur, och detta gör det ganska idealiskt ur ett vetenskapligt perspektiv."

Med hjälp av en kombination av teoretiska, experimentella och beräkningstekniker, observerade teamet flera kännetecken för QSL:er: kvantintrassling, exotiska kvasipartiklar och den rätta balansen mellan utbytesinteraktioner, som styr hur ett spinn påverkar sina grannar. Även om ansträngningar för att identifiera dessa egenskaper historiskt sett har hindrats av fysiska experiments begränsningar, kan moderna neutronspridningsinstrument producera exakta mätningar av komplexa material på atomnivå.

Genom att undersöka KYbSe2:s spindynamik med Cold Neutron Chopper Spectrometer vid ORNL:s Spallation Neutron Source – en DOE Office of Science-användaranläggning – och jämföra resultaten med pålitliga teoretiska modeller, fann forskarna bevis för att materialet var nära den kvantkritiska punkten där QSL-egenskaper frodas. De analyserade sedan dess magnetiska enjonstillstånd med SNS:s Wide-Angular-Range Chopper Spectrometer.

Vittnen i fråga är en-trassel, två-tangle och quantum Fisher-information, som har spelat en nyckelroll i tidigare QSC-forskning fokuserad på att undersöka en 1D-snurrkedja, eller en enda rad av spinn i ett material. KYbSe2 är ett 2D-system, en kvalitet som gjorde dessa ansträngningar mer komplexa.

"Vi tar en samdesignstrategi, som är inkopplad i QSC", säger Alan Tennant, professor i fysik och materialvetenskap och teknik vid UTK som leder ett kvantmagnetprojekt för QSC. "Teoretiker inom centret beräknar saker som de inte har kunnat beräkna tidigare, och denna överlappning mellan teori och experiment möjliggjorde detta genombrott inom QSL-forskning."

Denna studie är i linje med QSC:s prioriteringar, som inkluderar att koppla grundforskning till kvantelektronik, kvantmagneter och andra nuvarande och framtida kvantenheter.

"Att få en bättre förståelse för QSLs är verkligen viktigt för utvecklingen av nästa generations teknik," sa Tennant. "Det här området är fortfarande i grundforskningstillståndet, men vi kan nu identifiera vilka material vi kan modifiera för att potentiellt göra småskaliga enheter från grunden."

Även om KYbSe2 inte är en riktig QSL, betyder det faktum att cirka 85 % av magnetismen fluktuerar vid låg temperatur att den har potential att bli en. Forskarna räknar med att små förändringar av dess struktur eller exponering för yttre tryck potentiellt kan hjälpa den att nå 100 %.

QSC-experimentalister och beräkningsforskare planerar parallella studier och simuleringar fokuserade på delafossitmaterial, men forskarnas resultat etablerade ett aldrig tidigare skådat protokoll som också kan användas för att studera andra system. Genom att effektivisera evidensbaserade utvärderingar av QSL-kandidater syftar de till att påskynda sökandet efter äkta QSL.

"Det viktiga med det här materialet är att vi har hittat ett sätt att orientera oss på kartan så att säga och visa vad vi har gjort rätt," sa Scheie. "Vi är ganska säkra på att det finns en fullständig QSL någonstans inom detta kemiska utrymme, och nu vet vi hur vi ska hitta det."

Detta arbete fick stöd från DOE, QSC, National Council for Scientific and Technical Research och Simons Foundation.

####

Om DOE/Oak Ridge National Laboratory
QSC, ett DOE National Quantum Information Science Research Center som leds av ORNL, utför spetsforskning vid nationella laboratorier, universitet och industripartners för att övervinna viktiga vägspärrar i kvanttillståndsresiliens, kontrollerbarhet och i slutändan skalbarheten av kvantteknologier. QSC-forskare designar material som möjliggör topologisk kvantberäkning; implementera nya kvantsensorer för att karakterisera topologiska tillstånd och detektera mörk materia; och designa kvantalgoritmer och simuleringar för att ge en större förståelse för kvantmaterial, kemi och kvantfältteorier. Dessa innovationer gör det möjligt för QSC att påskynda informationsbehandlingen, utforska det tidigare omätbara och bättre förutsäga kvantprestanda över olika teknologier. För mer information besök https://qscience.org .

UT-Battelle hanterar ORNL för DOE:s Office of Science, den enskilt största anhängaren av grundforskning inom fysikaliska vetenskaper i USA. DOE:s Office of Science arbetar för att ta itu med några av vår tids mest angelägna utmaningar. För mer information besök https://energy.gov/science . — Elizabeth Rosenthal

För mer information, klicka på här.

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

Om du har en kommentar, snälla Kontakta oss oss.

Emittenter av nyhetsmeddelanden, inte 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, är ensamma ansvariga för innehållets noggrannhet.

Bokmärke: