13:52
Comentarii Adauga Comentariu

_ Oamenii de știință descoperă efectul de interferență cuantică exotică într-un dispozitiv izolator topologic

_ Oamenii de știință descoperă efectul exotic de interferență cuantică într-un dispozitiv izolator topologic

Într-un experiment nou, fizicienii au observat efecte de coerență cuantică pe rază lungă datorită interferenței Aharonov-Bohm într-un dispozitiv bazat pe izolator topologic. Această descoperire deschide un nou tărâm de posibilități pentru dezvoltarea viitoare a fizicii cuantice topologice și a ingineriei.

Această descoperire ar putea afecta și dezvoltarea electronicii bazate pe spin, care ar putea înlocui unele sisteme electronice actuale pentru un nivel superior. eficiența energetică și poate oferi noi platforme pentru a explora știința informației cuantice.

Cercetarea, publicată în numărul din 20 februarie a revistei Nature Physics, este punctul culminant a mai mult de 15 ani de muncă la Princeton. A apărut atunci când oamenii de știință de la Princeton au dezvoltat un dispozitiv cuantic – numit izolator topologic cu bromură de bismut (α-Bi4Br4) – cu o grosime de doar câțiva nanometri și l-au folosit pentru a investiga coerența cuantică.

Oamenii de știință au folosit izolatori topologici pentru a demonstra efecte cuantice noi de mai bine de un deceniu. Echipa Princeton și-a dezvoltat izolatorul pe bază de bismut într-un experiment anterior în care și-a demonstrat eficacitatea la temperatura camerei.

Dar acest nou experiment este prima dată când aceste efecte au fost observate cu o coerență cuantică foarte lungă. și la o temperatură relativ ridicată. Inducerea și observarea stărilor cuantice coerente necesită de obicei temperaturi aproape de zero absolut pe materiale semiconductoare proiectate artificial numai în prezența câmpurilor magnetice puternice.

„Experimentele noastre oferă dovezi convingătoare pentru existența coerenței cuantice pe rază lungă în topologic. moduri de balamale, deschizând astfel noi căi către dezvoltarea circuitelor topologice, precum și utilizarea acestei metode topologice pentru a explora și a avansa fizica fundamentală”, a declarat M. Zahid Hasan, profesor de fizică Eugene Higgins la Universitatea Princeton, care a condus cercetarea.

„Spre deosebire de dispozitivele electronice convenționale, circuitele topologice sunt robuste împotriva defectelor și impurităților, ceea ce le face mult mai puțin predispuse la disiparea energiei, ceea ce este avantajos pentru aplicațiile mai ecologice.”

În ultimii ani, studiul stărilor topologice ale materiei a atras o atenție considerabilă în rândul fizicienilor și inginerilor și este în prezent în centrul interesului și cercetării internaționale. Această zonă de studiu combină fizica cuantică cu topologia — o ramură a matematicii teoretice care explorează proprietățile geometrice care pot fi deformate, dar nu modificate intrinsec.

Dispozitivul principal folosit pentru a investiga misterele topologiei cuantice se numește topologic izolator. Acesta este un dispozitiv unic care acționează ca un izolator în interiorul său, ceea ce înseamnă că electronii din interior nu sunt liberi să se miște și, prin urmare, nu conduc electricitatea. Cu toate acestea, electronii de pe marginile dispozitivului sunt liberi să se miște, ceea ce înseamnă că sunt conductivi.

Mai mult, datorită proprietăților speciale ale topologiei, electronii care curg de-a lungul marginilor nu sunt împiedicați de niciun defecte sau deformații. . Un tip special de topologie este posibil și în anumite materiale pe bază de bismut, unde unele margini pot fi întrerupte și doar unele balamale rămân conducătoare.

Un dispozitiv realizat din astfel de materiale topologice are potențialul nu numai de a îmbunătăți tehnologia, ci și de asemenea, de a genera o mai bună înțelegere a materiei în sine prin sondarea proprietăților cuantice în moduri noi și inovatoare.

Până acum, însă, incapacitatea de a obține timpi lungi de coerență a fost o piedică majoră în încercarea de a utiliza materiale pentru aplicații în dispozitive funcționale. Coerența se referă la capacitatea de a menține stările cuantice de suprapunere și încurcare în fața unor influențe perturbatoare, precum termalizarea sau alte interacțiuni cu mediul.

„Există mult interes pentru materialele topologice, iar oamenii vorbesc adesea despre marele lor potențial pentru aplicații practice”, a spus Hasan, „dar până când se poate demonstra că un efect topologic cuantic macroscopic are o coerență cuantică lungă. care pot funcționa și la temperaturi relativ ridicate, aceste aplicații vor rămâne probabil nerealizate. Prin urmare, suntem în căutarea materialelor care prezintă coerență cuantică pe distanță lungă a electronilor topologici."

Echipa lui Hasan a explorat bismutul- materiale topologice bazate timp de aproape două decenii. Cu toate acestea, recent, echipa a descoperit că izolatorul cu bromură de bismut are proprietăți care îl fac mai ideal în comparație cu izolatorii topologici pe bază de bismut (inclusiv aliajele Bi-Sb) pe care i-au studiat din 2005. Are un decalaj mare de izolare de peste 200 meV. (mili-electroni volți). Acesta este suficient de mare pentru a depăși zgomotul termic, dar suficient de mic încât să nu perturbe efectul de cuplare spin-orbită și topologia de inversare a benzii.

Izolatorii de bromură de bismut aparțin unei clase de izolatori topologici care prezintă, de asemenea, un nivel ridicat. efecte ale căror suprafețe devin izolatoare, dar marginile orientărilor dictate de o anumită simetrie rămân conducătoare. Acestea se numesc stări articulare, care au fost teoretizate recent de grupul colaboratorului și co-autorului Titus Neupert de la Universitatea din Zurich.

„Deși nu era garantat în teorie, prin câțiva ani de experimente am descoperit că bromura de bismut stările balamale au o coerență cuantică foarte lungă la temperatură relativ ridicată. În acest caz, în experimentele noastre bazate pe dispozitivele pe care le-am fabricat, am găsit un echilibru între efectele de cuplare spin-orbită, coerența cuantică pe distanță lungă și fluctuațiile termice", a spus Hasan.

„Am descoperit că există un „punct dulce” în care puteți avea un grad relativ ridicat de coerență cuantică a modurilor de balama topologică și puteți funcționa la o temperatură relativ ridicată. Este un fel ca un echilibru punct pentru materialele pe bază de bismut pe care le-am studiat timp de aproape două decenii.”

Folosind un microscop cu scanare tunel, cercetătorii au observat o stare clară a marginii Hall cu spin cuantic, care este una dintre proprietățile importante care există unic în sistemele topologice. Acest lucru a necesitat instrumente noi suplimentare pentru a izola efectul topologic în mod unic.

Chiar dacă bismutul găzduiește o astfel de stare cuantică, materialul în sine este un semimetal fără nici un decalaj energetic izolator. Acest lucru face dificilă explorarea consecințelor sale în transportul de electroni, deoarece, în bismut, canalele de transport conțin electroni atât din starea de masă cât și din starea balamalei. Acestea amestecă și estompează semnalul coerent de transport cuantic al stărilor balamale.

O altă problemă este cauzată de ceea ce fizicienii numesc „zgomot termic”, care este definit ca o creștere a temperaturii astfel încât atomii încep să vibreze. violent. Această acțiune poate perturba sistemele cuantice delicate, prăbușind astfel starea cuantică. În izolatoarele topologice, în special, aceste temperaturi mai ridicate creează o situație în care electronii de pe suprafața izolatorului invadează interiorul sau „vrac” izolatorului și fac ca electronii de acolo să înceapă și ei conducători, ceea ce se diluează sau se rupe. efectul cuantic special. Fluctuațiile termice distrug, de asemenea, coerența fazei cuantice a electronilor.

Dar izolatorul de bromură de bismut dezvoltat de echipă a reușit să ocolească aceasta și alte probleme. Ei au folosit dispozitivul pentru a demonstra transportul cuantic coerent prin modurile balamale topologice. Un semn distinctiv al transportului cuantic coerent este manifestarea interferenței cuantice Aharonov–Bohm.

Interferența Aharonov–Bohm, prezisă cu aproape 60 de ani în urmă (fizicianul David Bohm a fost la Princeton între 1947 și 1951), descrie un fenomen în care o undă cuantică este împărțită în două unde care ocolesc o cale închisă și interferează sub influența unui potențial electromagnetic.

Modelul de interferență rezultat este determinat de fluxul magnetic închis de unde. În cazul electronilor, o astfel de interferență cuantică are loc dacă electronii de conducere rămân coerenți de fază după parcurgerea traiectoriilor închise, rezultând o oscilație periodică a rezistenței electrice cu o perioadă caracteristică a câmpului magnetic ΔB = Φ0/S, unde Φ0 = h/ e este cuantumul fluxului, S este aria pe care traiectorii electronilor rămân coerente de fază, h este constanta lui Planck și e este sarcina electronilor.

Pentru canalele de conducere topologică, toate traiectorii coerente de fază care participă la interferența cuantică cuprinde aceeași zonă perpendiculară pe câmpul B, care este diferită de fluctuațiile de conductanță universale. Aici ei prezintă urme de magnetorezistă din probele de α-Bi4Br4 care arată oscilații B-periodice, semnul distinctiv al efectului Aharonov-Bohm care decurge din purtători coerenți de fază.

„Pentru prima dată, am demonstrat că există o clasă de dispozitive electronice topologice pe bază de bismut, care pot avea un grad ridicat de coerență cuantică, supraviețuind până la o temperatură relativ ridicată, ceea ce se datorează efectului de interferență Aharonov-Bohm care decurge din electronii topologici coerenți de fază”, a spus Hasan.


p>Rădăcinile topologice ale descoperirii se află în funcționarea efectului Hall cuantic — o formă de efect topologic care a făcut obiectul Premiului Nobel pentru Fizică în 1985. De atunci, fazele topologice au fost intens studiate.

< Au fost găsite multe clase noi de materiale cuantice cu structuri electronice topologice, inclusiv izolatori topologici, supraconductori topologici, magneți topologici și semimetale Weyl. Descoperirile experimentale și teoretice au continuat atât.

Daniel Tsui, profesor emerit de inginerie electrică Arthur Legrand Doty la Princeton, a câștigat Premiul Nobel pentru fizică în 1998 pentru descoperirea efectului Hall cuantic fracționat, iar F. Duncan Haldane , profesorul de fizică Eugene Higgins la Princeton, a câștigat Premiul Nobel pentru fizică în 2016 pentru descoperirile teoretice ale tranzițiilor topologice de fază și a unui tip de izolatori topologici bidimensionali (2D).

Dezvoltările teoretice ulterioare au arătat că topologia izolatorii pot lua forma a două copii ale modelului lui Haldane bazat pe interacțiunea spin-orbita electronului.

Hasan și echipa sa au fost într-o căutare de un deceniu pentru o stare cuantică topologică care să poată păstra, de asemenea, un grad ridicat de coerență cuantică la o temperatură relativ ridicată, în urma descoperirii primelor exemple de izolatori topologici tridimensionali în 2007.

Recent, au găsit o soluție la conjectura lui Haldane într-un material topologic care este capabil să funcționeze la temperatura camerei, care prezintă, de asemenea, cuantificarea dorită.

„O chimie atomică adecvată și un design de structură cuplat la teoria principiilor este pasul crucial pentru a face predicția speculativă a izolatorului topologic realist într-un dispozitiv pentru a menține cuantică lungă. coerență”, a spus Hasan.

„Există multe materiale topologice bazate pe Bi și avem nevoie atât de intuiție, de experiență, de calcule specifice materialelor și de eforturi experimentale intense pentru a găsi în cele din urmă materialul potrivit pentru o explorare aprofundată. într-o setare a dispozitivului. Și asta ne-a dus într-o călătorie de un deceniu de investigare a unor materiale pe bază de bismut care în cele din urmă par să funcționeze.”

„Credem că această descoperire poate fi punctul de plecare al dezvoltării viitoare în inginerie cuantică și nanotehnologie. ”, a spus Shafayat Hossain, asociat de cercetare postdoctoral în laboratorul lui Hasan și co-primul autor al studiului.

„Au existat atât de multe posibilități propuse în știința cuantică topologică și tehnologia ingineriei care așteaptă și găsirea materiale adecvate cu proprietăți lungi de coerență cuantică cuplate cu instrumente noi este una dintre cheile pentru aceasta. Și asta am reușit.”

„Dacă electronii nu sară sau sunt agitați, ei nu pierd energie”, a spus Hasan. „Acest lucru creează o bază cuantică pentru economisirea energiei sau tehnologii mai ecologice, deoarece acestea consumă mult mai puțină energie. Dar acest lucru este încă departe.”

În prezent, focalizarea teoretică și experimentală a echipei lui Hasan este concentrată în două direcții, spuse Hasan. În primul rând, cercetătorii doresc să determine ce alte materiale topologice ar putea prezenta un nivel similar sau mai ridicat de coerență cuantică și, mai important, să ofere altor oameni de știință instrumentele și metodele noi de instrumentare pentru a identifica aceste materiale care vor funcționa la temperaturi mai ridicate.


În al doilea rând, cercetătorii doresc să continue să cerceteze mai profund lumea cuantică și să caute o nouă fizică într-un dispozitiv. Aceste studii vor necesita dezvoltarea unui alt set de noi instrumente și tehnici și dispozitive topologice pentru a valorifica pe deplin potențialul enorm al acestor materiale minune.

Nan Yao, co-autor al lucrării intitulată „Transportul cuantic răspunsul modurilor de balama topologică”, iar profesorul de practică la Princeton Materials Institute a rezumat cercetarea spunând: „Această lucrare asupra izolatorilor topologici de ordin superior exemplifică frumusețea și importanța descoperirii de noi fațete ale naturii, cum ar fi coerența cuantică. a stărilor topologice ale balamalei.”

„Este o descoperire care ar putea duce la progrese interesante în dispozitivele cuantice și îmi amintesc de celebrul citat al lui Einstein, „Cel mai frumos lucru pe care îl putem experimenta este misteriosul. Este sursa oricărei arte și științe adevărate.”


(Fluierul)


Linkul direct catre Petitie

CEREM NATIONALIZAREA TUTUROR RESURSELOR NATURALE ALE ROMANIEI ! - Initiativa Legislativa care are nevoie de 500.000 de semnaturi - Semneaza si tu !

Comentarii:


Adauga Comentariu



Citiți și cele mai căutate articole de pe Fluierul:

_ Primarul democrat din Atlantic City, soția superintendentului școlii, acuzată de abuz asupra copiilor după ce a bătut cu cruzime o fiică adolescentă

_ RUPTĂ: Senatorul Mike Lee stopează afacerile �n Senatul SUA p�nă c�nd democrații vor ține un proces de depunere sub acuzare pentru secretarul DHS Mayorkas � pentru implementarea �n mod deliberat a dezastrului Open Borders

_ Este Paxlovid un prost?

_ Lockheed Martin câștigă un contract de interceptor de 17 miliarde de dolari pentru a proteja patria SUA

_ Fenomenul de baschet universitar Caitlin Clark a fost selectat pe primul loc în draftul WNBA

_ Partidele din România ajută pensionarii cu locuri de muncă bine plătite, la Bruxelles

_ Victor reacționează: Cutia Pandorei a nebuniei de gen (VIDEO)

_ Numărul de migranți ilegali care sosesc în Marea Britanie trebuie să scadă cu 10.000 pentru ca schema din Rwanda să aibă un raport calitate-preț, recunoaște Ministerul de Interne

_ Nicola Peltz suferă o reacție neașteptată în timp ce debutul ei de regizor serios, Lola, este sfâșiat în bucăți de critici neimpresionați - cu recenzii usturătoare care îl resping drept „porno pentru sărăcie” și un „proiect de vanitate” exploatator.

_ LIVE TEXT - Război în Ucraina: Morţi într-un bombardament în oraşul minier Siversk / Situație tensionată în Est

_ Moment șocant „copilul” fură mașina de poliție și o întoarce pe trotuar după ce un ofițer a sărit afară pentru a urmări un suspect pe jos

_ Un restaurant din Italia oferă sticle de vin gratis clienţilor care lasă telefoanele la intrare

_ Ultimele știri asupra atacului Iran-Israel: Patru soldați israelieni au fost răniți într-o explozie la granița cu Liban, în timp ce cabinetul de război al țării declară că „își păstrează toate opțiunile” după întâlnire

_ Înjunghierea la biserica din Sydney ÎN DIRECT: Poliția declară că predica lui Wakeley a înjunghiat un atac terorist, în timp ce un polițist furios de top trântește o mulțime care a atacat poliția de la Biserica Chris the Good Shepherd

_ COMENTARIU POSTA ZILNIC: Se vor îmbarca zborurile din Rwanda în curând?

_ Conversațiile lui Taylor Swift Coachella cu Travis Kelce au dezvăluit: Cititorul de buze dezvăluie ceea ce a spus starul pop la festivalul de muzică iconic

_ Garderoba emblematică a lui Raquel Welch din anii de aur ai Hollywood-ului se vinde cu 1 milion de dolari la licitație

_ RUPTĂ: RINOs c�știgă � americanii pierd: FISA 702 trece din nou prin votul 259-128 � Iată cei 117 RINO care au votat pentru spionarea fără mandat asupra americanilor

_ Auditorul din California constată că Consiliul pentru persoanele fără adăpost nu poate da seama pentru banii cheltuiți

_ Starul lui Ted Lasso, Hannah Waddingham, îl critică pe fotograful premiilor Olivier după ce acesta i-a cerut să „arată niște picior”: „Nu fi idiot”

_ Procesul lui Donald Trump ÎN DIRECT: Acțiunile fostului președinte provoacă speculații că a adormit în timpul sesiunii de dimineață

_ Starul lui Ted Lasso, Hannah Waddingham, îl critică pe fotograful premiilor Olivier după ce acesta i-a cerut să „arată niște picior”: „Nu fi idiot”

_ Interziceți femeile trans din sporturile feminine, le spune secretarul pentru Cultură Lucy Frazer șefilor sportivi într-un articol pasionat pentru Mail

_ Bevin Boy, 97 de ani, care a fost catalogat drept „laș” după ce a fost forțat să sape cărbune în loc să lupte în al Doilea Război Mondial, este în sfârșit onorat pentru serviciul său de opt decenii

_ Bărbat acuzat că face parte dintr-o bandă de răpiți care a cerut 15 milioane de dolari în Bitcoin după ce un bogat om de afaceri a fost răpit de pe un teren de golf a spus juriului că era doar un turist din China

_ Imigranții ilegali folosesc o barcă cu motor pentru a invada California - Aproape alergați peste cei care merg pe plajă

_ Nicola Peltz suferă o reacție neașteptată în timp ce debutul ei de regizor serios, Lola, este sfâșiat în bucăți de critici neimpresionați - cu recenzii usturătoare care îl resping drept „porno pentru sărăcie” și un „proiect de vanitate” exploatator.

_ Johnny Depp îl îmbrățișează pe co-starul Maiwenn în timp ce renașterea lui pe covorul roșu continuă la premiera din Marea Britanie a lui Jeanne du Barry - la un AN după lansarea sa oficială la Cannes

_ Raport: Un incendiu uriaș izbucnește la uzina de muniție a armatei Scranton, principalul producător de corpuri de obuze de artilerie de 155 mm din SUA

_ Te îndrepți către șoc de aprovizionare? Patru puncte de sufocare maritime luminează roșu pe măsură ce conflictele crescânde se profilează

_ Incendiul de pădure din Munții Gurghiului, din zona Lăpușna, a cuprins aproximativ 40 de hectare

_ Un medic dermatolog sparge barierele: Afectiunile pielii sunt expresii cutanate ale unor boli psihice

_ Cabinetul de război israelian s-a reunit pentru a decide cum va răspunde Iranului pentru atacul de sâmbătă noaptea

_ RUPTĂ: Indiana Fever o asigură pe GOAT Caitlin Clark ca alegere numărul 1 la draftul WNBA 2024

_ 'I-am fixat carcasa cu șuruburi de masă': cum au furat rușii componentele calculatorului românesc CoBra, bijuteria tehnologică a României din Epoca de Aur

_ Haos în Georgia: proteste masive și confruntări în parlament pe tema agenților străini - VIDEO

_ Şeful AIEA afirmă că "ne apropiem periculos de un accident nuclear" la centrala din Zaporojie

_ Steaguri Hezbollah flutură la un miting terorist din New York, protestatarii atacă un protestatar care flutură steagul american și ard drapelul american strig�nd �MOARTE AMERICII�

_ Dezvăluit: Ultimele cuvinte emoționante înregistrate ale regretatei Regine - așa cum ex-premierul Liz Truss își amintește cum monarhul a fost „așa, așa de pe minge” chiar și în ultimele sale ore.

_ Ultimele știri asupra atacului Iran-Israel: Patru soldați israelieni au fost răniți într-o explozie la granița cu Liban, în timp ce cabinetul de război al țării declară că „își păstrează toate opțiunile” după întâlnire

_ Colți fantastici și unde să-i albi! Johnny Depp își dezvăluie dinții îngălbeniți la premiera Jeanne du Barry - după ce fanii au luat-o pe legenda de la Hollywood pentru igiena dentară proastă

_ Mackenzie Crook, în vârstă de 52 de ani, este depășit de  fiul asemănător Jude, în vârstă de 21 de ani, în timp ce fac o apariție publică rară la premiera din Marea Britanie a lui Jeanne du Barry

_ Westfield Bondi Junction eroului „bollard man” i sa oferit cetățenia australiană

_ Judecătorul-șef al Britain's Got Talent, Simon Cowell, susține că deja a „determinat cine va câștiga” înaintea noilor serii – deoarece admite că „a existat o persoană către care toată lumea gravita”

_ EDEN CONFIDENTIAL: Iubita lui Damien Hirst, Sophie Cannell, își sărbătorește sarcina cu o ruptură plină de striptease

_ Atacul Iran-Israel REZUMAT: Patru soldați israelieni au fost răniți într-o explozie la granița cu Liban, în timp ce cabinetul de război al țării declară că „își păstrează toate opțiunile” după întâlnire

_ Pedeapsa maximă de 18 luni a armurierului Rust Hannah Gutierrez-Reed este „un semn rău pentru Alec Baldwin”, avertizează expertul – pe măsură ce procesul actorului se apropie

_ Pedepsele de închisoare pentru ucigașii adolescenți ai Briannei Ghey, obsedați de tortură, NU au fost prea blânde și nu vor fi revizuite, stabilește procurorul general

_ Starul Trainspotting Ewan McGregor este forțat să intre în acțiune din cauza daunelor cauzate de apă la conacul său de 2 milioane de lire sterline din secolul al XVIII-lea, lângă Perth

_ Sir Ed Davey s-a lăudat cu „integritatea” sistemului informatic defectuos Horizon al Oficiului Poștal chiar și după ce militantul Alan Bates l-a alertat asupra deficiențelor sale catastrofale, relevă scrisoarea.

_ VIAȚA MEA ÎN ALIMENTE: Autorul ANTHONY HOROWITZ despre dragostea brânzei pe pâine prăjită și de ce Nestlé nu ar fi trebuit să scape niciodată de folia de argint a lui KitKat

_ Biden cheltuind 300 de milioane de dolari pe orașe sanctuar

_ Conac în valoare de aproximativ 700.000 de lire sterline care a fost lăsat pe un pas de prăbușire de pe o stâncă după ce un terasament feroviar victorian s-a prăbușit sub el a fost demolat - proprietatea vecină va avea aceeași soartă


Pag.1
Nr. de articole la aceasta sectiune: 53, afisate in 1 pagina.