Новости космоса и технологий. » Физика » Ученые находят доказательства экзотического состояния вещества в материале-кандидате для квантовых компьютеров

Ученые находят доказательства экзотического состояния вещества в материале-кандидате для квантовых компьютеров

Опубликовал: Admin, 6-10-2020, 01:01, Физика, 48, 0

Ученые находят доказательства экзотического состояния вещества в материале-кандидате для квантовых компьютеров

Используя новую технику, ученые, работающие в Национальной лаборатории сильных магнитных полей со штаб-квартирой в Университете штата Флорида, нашли доказательства существования квантовой спиновой жидкости, состояния вещества, которое может стать строительным блоком для квантовых компьютеров будущего.

Исследователи обнаружили захватывающее поведение при изучении так называемых электронных спинов в соединении рутений трихлорид. Их выводы опубликованы сегодня в журнале Природа Физика , показывают, что электронные спины взаимодействуют по всему материалу, эффективно понижая общую энергию. Этот тип поведения соответствует квантовая спиновая жидкость - обнаружен в трихлориде рутения при высоких температурах и в сильных магнитных полях.

Теория спиновых жидкостей, впервые высказанная в 1973 году, остается загадкой. Несмотря на то, что некоторые материалы демонстрируют многообещающие признаки такого состояния, окончательно подтвердить его существование чрезвычайно сложно. Тем не менее, они вызывают большой интерес, потому что ученые считают, что их можно использовать для создания более интеллектуальных материалов в различных приложениях, таких как квантовые вычисления.

«Это исследование убедительно подтверждает, что трихлорид рутения является спиновой жидкостью», - сказал физик Ким Модич, бывший аспирант, который работал на установке импульсного поля MagLab, а сейчас является доцентом в Институте науки и технологий Австрии.

«Я думаю, что эта статья дает свежий взгляд на трихлорид рутения и демонстрирует новый способ поиска сигнатур спиновых жидкостей», - сказал Модич, ведущий автор статьи.

На протяжении десятилетий физики всесторонне изучали заряд электрона, переносящего электричество, открывая путь для достижений в электронике, энергетике и других областях. Но у электронов также есть свойство, называемое спином. Ученые также хотят использовать спиновой аспект электронов в технологиях, но универсальное поведение спинов еще полностью не изучено.

Проще говоря, электроны можно представить как вращающиеся вокруг оси, например волчка, ориентированной в каком-то направлении. В магнитных материалах эти спины выровнены друг с другом в одном или противоположных направлениях. Такое поведение, называемое магнитным упорядочением, может быть вызвано или подавлено температурой или магнитным полем. Как только магнитный порядок будет подавлен, могут возникнуть более экзотические состояния вещества, такие как квантовые спиновые жидкости.

В поисках спиновой жидкости группа исследователей остановилась на трихлориде рутения. Его сотовая структура с вращением на каждом участке похожа на магнитную версию графена - еще одна горячая тема в физике конденсированного состояния.

«Рутений намного тяжелее углерода, что приводит к сильному взаимодействию между спинами», - сказал физик MagLab Аркадий Шехтер, соавтор статьи.

Команда ожидала, что такое взаимодействие усилит магнитное разочарование в материале. Это своего рода сценарий «компании троих», в котором два спина объединяются в пару, а третий остается в магнитном подвешенном состоянии, что препятствует магнитному упорядочению. Это разочарование, как предположила команда, могло привести к состоянию спиновой жидкости. Их данные в итоге подтвердили их подозрения.

«Похоже, что при низких температурах и под воздействием магнитного поля трихлорид рутения проявляет признаки того поведения, которое мы ищем», - сказал Модич. «Спины не просто ориентируются в зависимости от выравнивания соседних спинов, но, скорее, динамичны, как вращающиеся молекулы воды, при сохранении некоторой корреляции между ними».

Полученные данные стали возможными благодаря новой методике, разработанной командой, под названием резонансная торсионная магнитометрия, которая точно измеряет поведение электронных спинов в сильных магнитных полях и может привести ко многим другим новым открытиям относительно магнитные материалы - сказал Модич.

«На самом деле у нас нет методик или аналитического оборудования для изучения возбуждений Электронных спинов , Как мы делаем для систем заряда», - сказал Модич. «Существующие методы обычно требуют больших размеров выборок, которые могут быть недоступны. Наша методика очень чувствительна и работает с крошечными, деликатными образцами. Это может изменить правила игры в этой области исследований».

Модич разработал эту технику в качестве постдокторского исследователя, а затем работал с физиками MagLab Шехтером и Россом Макдональдом, другим соавтором статьи, для измерения трихлорида рутения в сильные магнитные поля .

Их техника заключалась в установке образцов трихлорида рутения на кантилевер размером с прядь волос. Они перепрофилировали кварцевый камертон - аналогичный камертону в кварцевых часах - для создания вибрации кантилевера в магнитном поле. Вместо того, чтобы использовать его для точного определения времени, они измерили частоту вибрации, чтобы изучить взаимодействие между спинами в трихлориде рутения и приложенным магнитным полем. Они провели свои измерения в двух мощных магнитах в Национальной лаборатории MagLab.

«Прелесть нашего подхода в том, что это относительно простая установка, которая позволила нам проводить измерения как в резистивном магните мощностью 35 тесла, так и в магните импульсного поля мощностью 65 тесла», - сказал Модич.

Следующим шагом в исследовании будет изучение этой системы в импульсном магните MagLab с мировым рекордом 100 тесла.

«Такое сильное магнитное поле должно позволить нам непосредственно наблюдать подавление состояния спиновой жидкости, что поможет нам узнать еще больше о внутренней работе этого соединения», - сказал Шехтер.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии