وبلاگ

QSLها – حالت غیرعادی ماده که توسط برهمکنش‌های بین اتم‌های مغناطیسی درهم‌تنیده یا متصل به داخل به نام اسپین کنترل می‌شود – در تثبیت فعالیت مکانیکی کوانتومی در KYbSe2 و دیگر دلافوسیت‌ها برتری دارند. این مواد به خاطر شبکه‌های مثلثی لایه‌ای و خواص امیدوارکننده‌ای که می‌توانند در ساخت ابررساناهای با کیفیت بالا و اجزای محاسباتی کوانتومی کمک کنند، ارزشمند هستند.

مقاله منتشر شده در فیزیک طبیعی، شامل محققان ORNL است. آزمایشگاه ملی لارنس برکلی؛ آزمایشگاه ملی لوس آلاموس؛ آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC; دانشگاه تنسی، ناکسویل؛ دانشگاه میسوری؛ دانشگاه مینه سوتا؛ دانشگاه استنفورد؛ و موسسه فیزیک روزاریو.

آلن چای، عضو QSC و نویسنده اصلی، دانشمند لوس آلاموس، گفت: «محققان شبکه مثلثی مواد مختلف را در جستجوی رفتار QSL مورد مطالعه قرار داده‌اند. یکی از مزایای این ماده این است که می‌توانیم به راحتی اتم‌ها را عوض کنیم تا خواص ماده را بدون تغییر ساختار آن تغییر دهیم و این آن را از نظر علمی کاملاً ایده‌آل می‌کند.»

این تیم با استفاده از ترکیبی از تکنیک‌های نظری، تجربی و محاسباتی، چندین ویژگی QSL را مشاهده کردند: درهم‌تنیدگی کوانتومی، شبه ذرات عجیب و غریب، و تعادل مناسب تعاملات مبادله‌ای که نحوه تأثیر یک اسپین بر همسایگان خود را کنترل می‌کند. اگرچه تلاش‌ها برای شناسایی این ویژگی‌ها از لحاظ تاریخی به دلیل محدودیت‌های آزمایش‌های فیزیکی با مشکل مواجه شده‌اند، ابزارهای پراکندگی نوترونی مدرن می‌توانند اندازه‌گیری‌های دقیقی از مواد پیچیده در سطح اتمی ایجاد کنند.

محققان با مطالعه دینامیک اسپین KYbSe2 با طیف‌سنج خردکننده نوترون سرد در منبع نوترون اسپالاسیون ORNL – یک مرکز کاربر دفتر علوم DOE – و مقایسه نتایج با مدل‌های نظری قابل اعتماد، به شواهدی دست یافتند که این ماده نزدیک به نقطه بحرانی کوانتومی است. که ویژگی های QSL شکوفا می شود. آنها سپس حالت مغناطیسی تک یونی آن را با طیف‌سنج هلیکوپتر با دامنه وسیع SNS تجزیه و تحلیل کردند.

شاهدان مورد بحث اطلاعات کوانتومی تک درهم‌تنیدگی، درهم‌تنیدگی مضاعف و فیشر هستند که نقش کلیدی در مطالعات قبلی QSC با تمرکز بر بررسی یک زنجیره چرخشی 1 بعدی یا تک خطی از اسپین‌ها در یک ماده داشتند. KYbSe2 یک سیستم دو بعدی است، کیفیتی که این تلاش ها را پیچیده تر می کند.

آلن تنانت، استاد فیزیک و علم و مهندسی مواد در UTK، که پروژه آهنربای کوانتومی را برای QSC رهبری می‌کند، گفت: «ما در حال اتخاذ رویکرد طراحی مشترکی هستیم که در QSC ذاتی است. نظریه پردازان در مرکز در حال محاسبه چیزهایی هستند که قبلاً قادر به محاسبه آن نبوده اند، و این همپوشانی بین تئوری و آزمایش باعث پیشرفت در تحقیقات QSL شد.

این تحقیق در راستای اولویت های QSC است که شامل اتصال تحقیقات بنیادی به الکترونیک کوانتومی، آهنرباهای کوانتومی و سایر دستگاه های کوانتومی فعلی و آینده است.

تنانت گفت: “درکی بهتر از QSL برای توسعه فناوری های نسل بعدی بسیار مهم است.” این منطقه هنوز در مرحله تحقیقات اساسی است، اما ما می‌توانیم موادی را که می‌توانیم برای ساخت دستگاه‌های کوچک از ابتدا اصلاح کنیم، شناسایی کنیم.»

اگرچه KYbSe2 یک QSL واقعی نیست، اما این واقعیت که حدود 85 درصد مغناطیس در دمای پایین نوسان می کند به این معنی است که پتانسیل تبدیل شدن به یک را دارد. محققان انتظار دارند که تغییرات جزئی در ساختار آن یا قرار گرفتن در معرض فشار خارجی به طور بالقوه می تواند به رسیدن به 100 درصد کمک کند.

آزمایش‌گران و دانشمندان محاسباتی QSC در حال برنامه‌ریزی مطالعات و شبیه‌سازی‌های موازی بر روی مواد دلافوزیت هستند، اما یافته‌های محققان پروتکل بی‌سابقه‌ای را ایجاد می‌کنند که می‌تواند برای مطالعه سایر سیستم‌ها به کار رود. با ساده‌سازی ارزیابی‌های مبتنی بر شواهد از نامزدهای QSL، هدف آنها تسریع در جستجوی QSLهای واقعی است.

چای گفت: “نکته مهم در مورد این مواد این است که ما راهی برای پیمایش نقشه پیدا کردیم، به اصطلاح، و نشان دهیم که چه کاری را درست انجام داده ایم.” ما تقریباً مطمئن هستیم که یک QSL کامل در جایی در آن فضای شیمیایی وجود دارد و اکنون می دانیم که چگونه آن را پیدا کنیم.

این کار از سوی DOE، QSC، شورای ملی تحقیقات علمی و فنی و بنیاد سیمونز حمایت شد.