Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Kuantum malzemesinin ince spin davranışı teorik tahminleri kanıtlıyor

01.04.2021
82
Kuantum malzemesinin ince spin davranışı teorik tahminleri kanıtlıyor

Tamamlayıcı hesaplamaları ve nötron saçılma tekniklerini kullanarak, Abd Enerji Bakanlığı’nın Oak Ridge ve Lawrence Berkeley ulusal laboratuvarlarından ve California Üniversitesi, Berkeley’den araştırmacılar, kuantum mekanik bir sistemde bulunması zor bir spin dinamiği türünün varlığını keşfettiler.

Ekip, spin adı verilen manyetik parçacıkların çeşitli sıcaklıklarda katı malzemelerde Kardar-Parisi-Zhang veya KPZ olarak bilinen bir tür hareketi nasıl sergilediğini başarıyla simüle etti ve ölçtü. Şimdiye kadar, bilim adamları bu özel fenomenin yumuşak madde ve diğer klasik malzemeler dışında kanıtını bulamamışlardı.

Doğa Fiziğinde Yayınlanan bu bulgular, KPZ senaryosunun belirli kuantum malzemelerinde, spin zincirlerinin zamanındaki değişiklikleri – birbiriyle etkileşime giren ancak büyük ölçüde görmezden gelen lineer spin kanalları – doğru bir şekilde tanımladığını ve daha önce kanıtlanmamış bir hipotezi doğruladığını gösterin.

Kuantum mıknatıslar üzerine bir projeyi yöneten Alan Tennant, “Bu tür davranışları görmek şaşırtıcıydı, çünkü bu kuantum fiziği topluluğundaki en eski sorunlardan biridir ve spin zincirleri kuantum mekaniğinin temel temellerinden biridir,” dedi. Kuantum Bilim Merkezi veya QSC, merkezi ORNL’dedir.

Bu alışılmadık davranışı gözlemlemek, takıma akışkan özelliklerinin nüansları ve sonunda çeşitli uygulamalar için kullanılabilecek kuantum sistemlerinin diğer temel özellikleriyle ilgili içgörüler sağladı. Bu fenomenin daha iyi anlaşılması, spin zincirleri kullanarak ısı taşıma yeteneklerinin iyileştirilmesine bilgi verebilir veya spintronik alanında gelecekteki çabaları kolaylaştırabilir, bu da enerji tasarrufu sağlar ve bir malzemenin yükü yerine dönüşünü manipüle ederek kuantum süreçlerini bozabilecek gürültüyü azaltır.

Tipik olarak, dönüşler, uzayda serbestçe seyahat ettikleri balistik taşıma yoluyla ya da malzemedeki – veya birbirleri – rasgele kirliliklerden rastgele sekip yavaşça yayıldıkları dağınık nakliye yoluyla bir yerden diğerine ilerler.

Ancak akışkan dönüşleri tahmin edilemez ve bazen iki standart spin taşıma biçimi arasında bir ara kategori olan KPZ dinamikleri gibi olağandışı hidrodinamik özellikler gösterir. Bu durumda, özel yarı parçacıklar bir malzeme boyunca rastgele dolaşır ve dokundukları diğer tüm parçacıkları etkiler.

“KPZ’nin fikri şu ki, iki malzeme arasındaki arayüzün zaman içinde nasıl geliştiğine bakarsanız, şekillerin oluştuğu gerçek dünyadaki bir Tetris türü gibi büyüyen bir kum veya kara yığınına benzer belirli bir ölçeklenme görürsünüz. UC Berkeley’de profesör, LBNL’de kıdemli fakülte bilim insanı ve QSC’nin baş bilim adamı Joel Moore, boşlukları doldurmak yerine eşit olmayan bir şekilde birbirleriyle konuştu, “dedi.

KPZ dinamiklerinin bir başka gündelik örneği, bir masa, bardak altlığı veya başka bir ev yüzeyinde sıcak bir fincan kahvenin bıraktığı izdir. Kahve parçacıklarının şekli, nasıl dağıldıklarını etkiler. Yuvarlak parçacıklar, su buharlaştıkça kenarda birikerek halka şeklinde bir leke oluşturur. Ancak oval parçacıklar KPZ dinamikleri sergiler ve Tetris blokları gibi birbirine yapışarak bu hareketi engeller ve sonuçta bir daire ile doludur.

Kuantum sistemdeki spin zincirleri, kuasipartiküllerin bir arada kümelenmesinin bir sonucu olarak kolektif bir bükülme hareketine maruz kalır. Bu KPZ dinamik kavramını gösteren, kırmızı renkte gösterilen, mavi renkte, akranlarının aksine yukarı doğru işaret eden ve yön değiştiren komşu spin çiftleridir. Katkı Sağlayanlar: Michelle Lehman / ORNL, ABD Enerji Bakanlığı

KPZ davranışı bir evrensellik sınıfı olarak kategorize edilebilir, yani bu, görünüşte ilgisiz sistemler arasındaki ortaklıkları, onları benzersiz kılan mikroskobik ayrıntılara bakılmaksızın, KPZ denklemine göre yapılarının matematiksel benzerliklerine dayalı olarak tanımladığı anlamına gelir.

Araştırmacılar deneylerine hazırlanmak için önce ORNL’nin Compute and Data Environment for Science, ayrıca LBNL’nin Lawrencium hesaplama kümesinden ve LBNL’de bulunan bir DOE Office of Science kullanıcı tesisi olan National Energy Research Scientific Computing Center’dan gelen kaynaklarla simülasyonları tamamladılar. Heisenberg izotropik spin modelini kullanarak, potasyum bakır florür içindeki tek bir 1D spin zinciri ile gösterilen KPZ dinamiklerini simüle ettiler.

ORNL’de doktora sonrası araştırma görevlisi Allen Scheie, “Bu materyal, 1B davranışı nedeniyle neredeyse 50 yıldır üzerinde çalışılıyor ve biz buna odaklanmayı seçtik çünkü önceki teorik simülasyonlar, bu ayarın KPZ hidrodinamiği sağlama olasılığının yüksek olduğunu gösterdi,” dedi.

Ekip daha sonra ORNL’de bulunan bir DOE Office of Science kullanıcı tesisi olan Spallation Neutron Source’taki SEQUOIA spektrometresini fiziksel bir kristal numunesi içinde daha önce keşfedilmemiş bir bölgeyi incelemek ve gerçek, fiziksel spin zincirlerinin toplu KPZ aktivitesini ölçmek için kullandı. Nötronlar, nötr yükleri ve manyetik momentleri ve malzemelere tahribatsız bir şekilde derinlemesine nüfuz etme yetenekleri nedeniyle karmaşık manyetik davranışları anlamak için olağanüstü bir deneysel araçtır.

Her iki yöntem de oda sıcaklığında KPZ davranışının kanıtlarını ortaya çıkardı; kuantum sistemlerinin kuantum mekanik etkiler sergilemek için genellikle neredeyse mutlak sıfıra soğutulması gerektiği düşünüldüğünde şaşırtıcı bir başarı. Araştırmacılar, sıcaklıktaki değişikliklerden bağımsız olarak bu sonuçların değişmeyeceğini tahmin ediyorlar.

Tennant, “Yüksek sıcaklıklarda hayatta kalan oldukça ince kuantum etkileri görüyoruz ve bu ideal bir senaryo çünkü manyetik ağları anlamanın ve kontrol etmenin kuantum mekaniği özelliklerinin gücünden yararlanmamıza yardımcı olabileceğini gösteriyor” dedi Tennant.

Bu proje, son zamanlarda başlatılan Kuantum Bilgi Bilimi Araştırma Merkezlerinden biri olan QSC’nin geliştirilmesi sırasında başladı ve DOE tarafından çok kurumlu ekiplere rekabetçi bir şekilde ödüllendirildi. Araştırmacılar, ortak ilgi alanlarının ve uzmanlıklarının onları bu meşhur zor araştırma zorluğunun üstesinden gelmek için mükemmel bir şekilde konumlandırdığını fark etmişlerdi.

QSC ve diğer caddeler aracılığıyla, manyetik bir alanın etkisi altında 1D spin zincirlerinin daha iyi anlaşılmasını sağlamak için ilgili deneyleri ve 2D sistemlere odaklanan benzer projeleri tamamlamayı planlıyorlar.

Moore, “Spinin, yüksek sıcaklıklarda bile özel bir kuantum mekaniksel yolla hareket ettiğini gösterdik ve bu, birçok yeni araştırma yönü için olanaklar açıyor” dedi.


Daha fazla bilgi:
A. Scheie ve diğerleri, Kuantum Heisenberg spin-1/2 zincirinde Kardar-Parisi-Zhang hidrodinamiğinin tespiti, Doğa Fiziği (2021). DOI: 10.1038 / s41567-021-01191-6

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.