Fizicienii observă competiția dintre ordinele magnetice

Sistemul: o rețea de cristal realizată din lumină care captează atomii în mai multe foi stratificate. Imaginile tomografice arată densitățile (de rotație) într-un singur strat. Ele oferă informații despre ordonarea magnetică a atomilor. Imaginea din dreapta arată densitatea unui strat mediu în douăsprezece variante (roșu portocaliu). Credit: © Marcell Gall, Nicola Wurz și colab. / Natura

Studiul naturii: Echipa de cercetare de la Universitatea din Bonn obține informații despre noi fenomene cuantice.

Sunt subțiri ca un fir de păr, doar de o sută de mii de ori mai subțiri, așa-numitele materiale bidimensionale, formate dintr-un singur strat de atomi, care sunt în plină expansiune în cercetare de ani de zile. Au devenit cunoscuți unui public mai larg când doi oameni de știință ruso-britanici au primit Premiul Nobel pentru fizică în 2010 pentru descoperirea grafic, un bloc de construcție din grafit. Caracteristica specială a acestor materiale este că posedă noi proprietăți care pot fi explicate doar cu ajutorul legilor mecanicii cuantice și care pot fi relevante pentru tehnologiile îmbunătățite. Cercetătorii de la Universitatea din Bonn au folosit acum atomi ultracriți pentru a obține noi perspective asupra fenomenelor cuantice necunoscute până acum. Au descoperit că ordinele magnetice dintre două filme subțiri de atomi cuplați concurează între ele. Studiul a fost publicat în revista Nature.

Sistemele cuantice realizează stări de materie foarte unice originare din lumea nanostructurilor. Acestea facilitează o mare varietate de noi aplicații tehnologice, de exemplu, contribuind la criptarea sigură a datelor, introducând dispozitive tehnice din ce în ce mai mici și mai rapide și chiar permitând dezvoltarea unui computer cuantic. În viitor, acest computer ar putea rezolva probleme pe care computerele convenționale nu le pot rezolva deloc sau doar pentru o perioadă lungă de timp.

Faptul că apar fenomene cuantice neobișnuite este încă departe de a fi pe deplin înțeles. Pentru a face lumină în acest sens, o echipă de fizicieni condusă de profesorul Michael Köhl la clusterul de excelență Matter and Light for Quantum Computing de la Universitatea din Bonn folosește așa-numiții simulatori cuantici, care imită interacțiunea diferitelor particule cuantice, ceva acest lucru nu se poate face cu metode convenționale. Chiar și modelele computerizate de ultimă generație nu pot calcula până la ultimul detaliu procese complexe precum magnetismul și electricitatea.

Atomii ultra-reci simulează solidele

Simulatorul folosit de oamenii de știință este format din atomi ultra-reci și ultra-reci, deoarece temperatura lor este cu doar o milionime de grad mai mare. zero absolut. Atomii sunt răciti de lasere și câmpuri magnetice. Atomii se găsesc în rețeaua optică, adică undele staționare formate prin suprapunerea razelor laser. În acest fel, atomii simulează comportamentul electronilor în stare solidă. Setarea experimentală permite oamenilor de știință să efectueze o mare varietate de experimente fără modificări externe.

În cadrul simulatorului cuantic, oamenii de știință au reușit, pentru prima dată, să măsoare corelațiile magnetice ale exact două straturi cuplate ale unei rețele de cristal. „Datorită rezistenței acestui cuplaj, am reușit să rotim direcția în care se formează magnetismul cu 90 de grade, fără a schimba materialul în alt mod”, explică primii autori Nicola Wurz și Marcell Gall, doctoranzi ai grupului de cercetare de Michael Köhl. .

Pentru a studia distribuția atomilor în rețeaua optică, fizicienii au folosit un microscop de înaltă rezoluție cu ajutorul căruia puteau măsura corelațiile magnetice între straturile individuale ale rețelei. În acest fel, au investigat ordinea magnetică, adică alinierea reciprocă a momentelor magnetice atomice în starea solidă simulată. Ei au observat că ordinea magnetică dintre straturi concura cu ordinea inițială într-un singur strat, concluzionând că cu cât mai multe straturi erau cuplate, cu atât se formau corelații mai puternice între straturi. În același timp, corelațiile din straturile individuale au fost reduse.

Noile rezultate oferă o mai bună înțelegere a magnetismului care se propagă în sistemele cu straturi cuplate la nivel microscopic. În viitor, descoperirile vor ajuta la predicții cu privire la proprietățile materialelor și la realizarea de noi funcționalități ale solidelor, printre altele. Deoarece, de exemplu, superconductivitatea la temperaturi ridicate este strâns legată de cuplajele magnetice, noile descoperiri ar putea contribui, pe termen lung, la dezvoltarea de noi tehnologii bazate pe acești supraconductori.

Referință: „Concurență de comandă magnetică într-un model Hubbard cu două straturi cu atomi Ultrafold” de Marcell Gall, Nicola Wurz, Jens Samland, Chun Fai Chan și Michael Köhl, 6 ianuarie 2021. Natură.
DOI: 10.1038 / s41586-020-03058-x

Finanțare: Studiul a fost finanțat de Școala de Fizică și Astronomie Bonn-Cologne, o colaborare a Universităților din Bonn și Köln, Fundația Alexander von Humboldt, Centrul de cercetare colaborativă TRR 185 OSCAR – Controlul materiei cuantice atomice și fotonice prin cuplare adaptată la rezervoare ”finanțat de Fundația Germană de Cercetare, clusterul Matter and Light for Excellence Quantum Computing Matter (ML4Q) și Stiftung der Deutschen Wirtschaft.

Clusterul de excelență Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q)

Clusterul de excelență Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q) este o cooperare de cercetare a universităților din Köln, Aachen și Bonn, precum și a Forschungszentrum Jülich. Acesta este finanțat ca parte a Strategiei de excelență a guvernelor federale și de stat germane. Scopul ML4Q este de a dezvolta noi arhitecturi de calcul și rețea folosind principiile mecanicii cuantice. ML4Q bazează și extinde experiența complementară în cele trei domenii cheie de cercetare: fizica în stare solidă, optica cuantică și știința informației cuantice.

Clusterul de excelență face parte din aria de cercetare transdisciplinară „Blocuri de materie și interacțiuni fundamentale” de la Universitatea din Bonn. În șase TRA-uri diferite, oamenii de știință dintr-o gamă largă de facultăți și discipline se reunesc pentru a lucra la subiecte de cercetare relevante pentru viitor.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Materialul nou poate proteja mai bine soldații, sportivii și șoferii de șoc, impact și explozii

Soldații, sportivii și șoferii pot face viața mai sigură datorită unui nou proces care ar putea duce la o protecție mai eficientă și reutilizabilă...

A fost găsit cel mai vechi loc de înmormântare uman din Africa – un copil a fost îngropat în urmă cu 78.000 de ani

Vedere generală a zonei peșterii Panga ya Saidi. Observați săparea șanțului unde a fost deschisă înmormântarea. Credit: Muhammad Javad Shoaee Descoperirea celui mai...

Se preconizează că speciile non-native vor crește cu 36% în întreaga lume până în 2050

Gâscă egipteană (Alopochen aegyptiaca) originară din Africa și stabilită acum în Europa Centrală și de Vest. Credit: profesorul Tim Blackburn, UCL Se preconizează că...

Visele noastre pot fi ciudate

Această ilustrație reflectă supra-ipoteza creierului, care susține că calitatea redusă și halucinantă a viselor nu este o greșeală, ci o trăsătură particulară, deoarece ajută...

Newsletter

Subscribe to stay updated.