Нанотехнології зараз - Прес-реліз: тристоронній підхід розпізнає якості квантових спінових рідин

Перевидано Платоном

читають: 0

Головна > прес > Тристоронній підхід розрізняє властивості квантових спінових рідин

Ілюстрація решітки, досліджена Філом Андерсоном на початку 70-х. Показані як зелені еліпси, пари квантових частинок коливалися між кількома комбінаціями, створюючи спіновий рідкий стан. КРЕДИТ Аллен Шей/Національна лабораторія Лос-Аламоса, Міністерство енергетики США

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.

КРЕДИТ
Allen Scheie/Національна лабораторія Лос-Аламоса, Міністерство енергетики США

Анотація:
У 1973 році фізик Філ Андерсон висунув гіпотезу про те, що стан квантової спінової рідини, або QSL, існує на деяких трикутних решітках, але йому не вистачало інструментів для глибшого дослідження. Через п’ятдесят років команда під керівництвом дослідників, пов’язаних із Центром квантової науки зі штаб-квартирою в Оук-Ріджській національній лабораторії Департаменту енергетики, підтвердила наявність поведінки QSL у новому матеріалі з такою структурою, KYbSe2.

Тристоронній підхід розрізняє якості квантових спінових рідин

Оук-Рідж, TN | Опубліковано 17 листопада 2023 р

QSL — незвичайний стан матерії, що контролюється взаємодією між переплутаними або внутрішньо пов’язаними магнітними атомами, званими спінами — чудово стабілізує квантово-механічну активність у KYbSe2 та інших делафоситах. Ці матеріали цінуються за їх багатошарову трикутну решітку та багатообіцяючі властивості, які можуть сприяти створенню високоякісних надпровідників і компонентів квантового обчислення.

У статті, опублікованій у Nature Physics, представлені дослідники з ORNL; Національна лабораторія Лоуренса Берклі; Національна лабораторія Лос-Аламоса; Національна прискорювальна лабораторія SLAC; Університет Теннессі, Ноксвілл; Університет Міссурі; Університет Міннесоти; Стенфордський університет; та Інститут фізики Росаріо.

«Дослідники вивчали трикутну решітку різних матеріалів у пошуках поведінки QSL», — сказав член QSC і провідний автор Аллен Шей, науковий співробітник Лос-Аламоса. «Одна з переваг цього полягає в тому, що ми можемо легко замінити атоми, щоб змінити властивості матеріалу, не змінюючи його структуру, і це робить його досить ідеальним з наукової точки зору».

Використовуючи комбінацію теоретичних, експериментальних і обчислювальних методів, команда спостерігала численні характерні риси QSL: квантову заплутаність, екзотичні квазічастинки та правильний баланс обмінних взаємодій, які контролюють те, як спін впливає на своїх сусідів. Хоча зусилля з виявлення цих особливостей історично перешкоджали обмеженням фізичних експериментів, сучасні інструменти розсіювання нейтронів можуть проводити точні вимірювання складних матеріалів на атомному рівні.

Досліджуючи динаміку обертання KYbSe2 за допомогою спектрометра Cold Neutron Chopper в ORNL's Spallation Neutron Source — користувальницькій установі Управління науки DOE — і порівнюючи результати з надійними теоретичними моделями, дослідники знайшли докази того, що матеріал був близький до квантової критичної точки, в якій Характеристики QSL процвітають. Потім вони проаналізували його одноіонний магнітний стан за допомогою ширококутового спектрометра SNS.

Свідками, про які йдеться, є інформація про один клубок, два клубки та квантова інформація Фішера, яка зіграла ключову роль у попередніх дослідженнях QSC, зосереджених на вивченні одновимірного ланцюга обертання або однієї лінії обертань у матеріалі. KYbSe1 — це двовимірна система, якість, яка зробила ці спроби складнішими.

«Ми використовуємо підхід спільного проектування, який вбудовано в QSC», — сказав Алан Теннант, професор фізики, матеріалознавства та інженерії в UTK, який керує проектом квантових магнітів для QSC. «Теоретики в центрі обчислюють речі, які вони не могли обчислити раніше, і це збіг між теорією та експериментом уможливило цей прорив у дослідженні QSL».

Це дослідження узгоджується з пріоритетами QSC, які включають підключення фундаментальних досліджень до квантової електроніки, квантових магнітів та інших поточних і майбутніх квантових пристроїв.

«Отримання кращого розуміння QSL є дійсно важливим для розробки технологій наступного покоління», — сказав Теннант. «Ця галузь все ще перебуває на стадії фундаментальних досліджень, але тепер ми можемо визначити, які матеріали ми можемо модифікувати, щоб потенційно створювати невеликі пристрої з нуля».

Хоча KYbSe2 не є справжнім QSL, той факт, що близько 85% магнетизму коливається при низькій температурі, означає, що він має потенціал стати ним. Дослідники передбачають, що невеликі зміни в його структурі або вплив зовнішнього тиску потенційно можуть допомогти досягти 100%.

Експерименталісти QSC та вчені з обчислювальної техніки планують паралельні дослідження та моделювання, зосереджені на делафоситових матеріалах, але висновки дослідників створили безпрецедентний протокол, який також можна застосовувати для вивчення інших систем. Спрощуючи оцінювання кандидатів на QSL на основі доказів, вони прагнуть прискорити пошук справжніх QSL.

«Важливим у цьому матеріалі є те, що ми знайшли спосіб, так би мовити, зорієнтуватися на карті та показати, що ми зробили правильно», — сказав Шайє. «Ми майже впевнені, що десь у цьому хімічному просторі є повний QSL, і тепер ми знаємо, як його знайти».

Ця робота отримала підтримку DOE, QSC, Національної ради наукових і технічних досліджень і Фонду Сімонса.

####

Про Національну лабораторію Оук-Рідж
QSC, національний науково-дослідний центр квантової інформації DOE під керівництвом ORNL, проводить передові дослідження в національних лабораторіях, університетах і галузевих партнерах, щоб подолати ключові перешкоди на шляху стійкості квантового стану, керованості та, зрештою, масштабованості квантових технологій. Дослідники QSC розробляють матеріали, які дозволяють топологічні квантові обчислення; впровадження нових квантових датчиків для характеристики топологічних станів і виявлення темної матерії; розробка квантових алгоритмів і симуляцій для кращого розуміння квантових матеріалів, хімії та квантових теорій поля. Ці інновації дозволяють QSC прискорювати обробку інформації, досліджувати раніше невиміряні та краще прогнозувати квантову продуктивність різних технологій. Для отримання додаткової інформації відвідайте https://qscience.org .

UT-Battelle керує ORNL для Управління науки DOE, найбільшого прихильника фундаментальних досліджень у галузі фізичних наук у Сполучених Штатах. Управління науки Міністерства енергетики працює над вирішенням деяких із найнагальніших викликів нашого часу. Для отримання додаткової інформації відвідайте https://energy.gov/science . — Елізабет Розенталь

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Елізабет Розенталь
Національна лабораторія DOE/Оук-Рідж
Офіс: 865-241-6579

Авторське право © DOE/Національна лабораторія Ок-Рідж

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка: