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

Sezgisel Süperiletkenlik ve Kuantum Hesaplama Atılımı

24.05.2020
151
Sezgisel Süperiletkenlik ve Kuantum Hesaplama Atılımı

Sezgisel Süperiletkenlik ve Kuantum Hesaplama Atılımı: Sıvı Manyetizma Yapmak İçin Basıncı Kullanma

İki düz üst elmas ve çok fazla baskı kullanarak, bilim adamları bir manyetik kristali bir spin sıvı durumuna zorladılar, bu da yüksek sıcaklık süperiletkenliği ve kuantum hesaplama hakkında fikir sahibi olabilir.

Bir bilmece gibi geliyor: İki küçük elmas alır, aralarına küçük bir manyetik kristal koyar ve onları çok yavaş sıkırsanız ne elde edersiniz?

Cevap, mantıksız görünen manyetik bir sıvıdır. Sıvılar basınç altında katı hale gelir, ancak genellikle tam tersi olmaz. Ancak, DOE’nin Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisi’nde bulunan Gelişmiş Foton Kaynağı’nda (APS) çalışan bir araştırmacı ekibi tarafından ortaya konan bu olağandışı önemli keşif, bilim insanlarına sıcaklık süperiletkenliği ve kuantum hesaplama.

Bilim adamları ve mühendisler onlarca yıldır süper iletken malzemeleri kullanıyor olsalar da, yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin elektriği dirençsiz olarak yürüttükleri kesin süreç kuantum mekanik bir gizem olmaya devam ediyor. Bir süperiletkenin belirtileri, direnç kaybı ve manyetizma kaybıdır. Yüksek sıcaklık süper iletkenleri, sıvı azotun (-320 derece Fahrenheit ) üzerindeki sıcaklıklarda çalışabilir, bu da güç şebekelerindeki kayıpsız iletim hatları ve enerji sektöründeki diğer uygulamalar için cazip hale getirir.

Ancak kimse yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin bu duruma nasıl ulaştığını gerçekten bilmiyor. Bu bilgi, bu malzemelerin çalışma sıcaklığını, enerji tasarrufu sağlayan güç şebekelerinde süperiletkenlerin tam ölçekli uygulaması için gerekli olacak olan ortam sıcaklığına yükseltmek için gereklidir.

“Kuantum spin sıvısı, dalgalanma gösteren ancak birbirine dolanan spin durumlarının bir süperpozisyonudur. Bu sürecin, kuantum süperpozisyonu ile bir kuantum spin sıvısı yaratması durumunda, kuantum bilgisayarın temel yapı taşı olan bir kübit yapmış olacağını söylemek doğru. ” – Daniel Haskel, fizikçi ve grup lideri, XSD

1987 yılında Princeton Üniversitesi’nden rahmetli teorisyen Phil Anderson tarafından ortaya atılan bir fikir, malzemelerin kuantum spin sıvı haline getirilmesini içerir ve Anderson’ın önerdiği yüksek sıcaklık süper iletkenliğine yol açabilir. Anahtar, belirli koşullar altında “hayal kırıklığına uğradıkları” ve kendilerini düzenli bir düzen içinde düzenleyemedikleri bir duruma sürüklenebilen, malzeme atomlarının her birindeki elektronların spinleridir.

Bu hayal kırıklığını gidermek için, elektron dönüş yönleri zaman içinde dalgalanır, sadece bir sıvı gibi kısa sürelerle komşu spinler ile hizalanır. Yüksek sıcaklık süper iletkenliği için gerekli olan elektron çifti oluşumuna yardımcı olabilecek bu dalgalanmalardır.

Argonne’nin X-ışını fizikçi ve grup lideri Daniel Haskel’e göre, basınç, elektron spinleri arasındaki ayrımı “ayarlamak” ve bir mıknatısı, manyetizmanın belirli bir basınçta uzaklaştığı ve bir spin sıvısının ortaya çıktığı sinirli bir duruma sürmek için bir yol sağlar. Bunu yapmak için APS’de bir dizi deney yoluyla bir araştırma ekibine liderlik eden Bilim Bölümü (XSD). Ekip Argonne yardımcısı fizikçi Gilberto Fabbris ve fizikçiler Jong-Woo Kim ve Jung Ho Kim’i içeriyordu.

Haskel, yakın zamanda Fiziksel İnceleme Mektupları’nda yayınlanan ekibinin sonuçlarının, atomik spinlerin mutlak sıfır sıcaklıklarda bile hareket etmeye devam edeceği spin sıvı durumunun kuantum doğasını kesin olarak göstermediğini söylemeye dikkat ediyor – daha fazla deney gerekli olacak onaylamak için.

Ancak, yavaş ve sabit bir basınç uygulayarak, bazı manyetik malzemelerin, elektron spinlerinin bozulduğu ve manyetizmanın kaybolduğu ve elektron spinlerini barındıran atomların kristal düzenini koruduğu bir sıvıya benzer bir duruma itilebileceğini gösteriyorlar. . Araştırmacılar, elektron spinlerinin düzensiz olduğu bir spin sıvısı oluşturduklarından eminler, ancak bu spinlerin dolaşıp karışmadığından emin değiller, bu da kuantum spin sıvısının bir işareti olacaktır.

Bu bir kuantum spin sıvısı ise, Haskel, bu yöntemle bir tane yaratma yeteneğinin geniş sonuçları olacağını söyledi.

Haskel, “Bazı kuantum spin sıvıları hatasız kuantum hesaplamayı mümkün kılabilir,” dedi. “Kuantum spin sıvısı, dalgalanma gösteren ancak birbirine dolanan spin durumlarının bir süperpozisyonudur. Bu sürecin, kuantum süperpozisyonu ile bir kuantum spin sıvısı yaratması durumunda, kuantum bilgisayarın temel yapı taşı olan bir kübit yapmış olacağını söylemek doğru. ”

Peki takım ne yaptı ve nasıl yaptılar? Bu bizi APS’deki eşsiz bir deney düzeneğinin parçası olan elmaslara geri getiriyor. Araştırmacılar, geniş bir tabanı ve daha dar, düz bir kenarı olan mücevher mağazalarında gördüklerinize benzer şekilde kesilmiş iki elmas örs kullandılar. Daha küçük düz kenarları bir araya getirdiler, aralarına manyetik bir malzeme örneği (bu durumda bir stronsiyum-iridyum alaşımı ) yerleştirdiler ve ittiler.

“Fikir şu ki, onu basınçlandırdıkça atomları birbirine yaklaştırıyorlar,” dedi Fabbris. “Ve bunu yavaşça yapabildiğimiz için bunu sürekli yapabiliriz ve basınç yükseldikçe numunenin özelliklerini ölçebiliriz.”

Fabbris, basıncın yavaş uygulandığını söylediğinde, şaka yapmıyor – bu deneylerin her birinin yaklaşık bir hafta sürdüğünü, yaklaşık 100 mikron çapında bir örnek kullanarak veya ince bir kağıt yaprağının genişliğini söyledi. Araştırmacılar hangi basınç manyetizmasının ortadan kalkacağını bilmediklerinden, her çok küçük bir artışla dikkatlice ölçmek zorunda kaldılar.

Ve yaklaşık 20 gigapaskalda, 200.000 atmosfere eşdeğer ya da Pasifik Okyanusu’ndaki Mariana Siper’in dibinde, dünyanın en derin siperinde bulunabileceklerden yaklaşık 200 kat daha fazla baskı yaptıkları için kaybolduklarına bakın. Elektronların spinleri bir sıvı gibi kısa mesafelerde korundu, ancak 1,5 Kelvin (-457 derece Fahrenheit) kadar düşük sıcaklıklarda bile düzensiz kaldı.

Haskel, hile – ve bir spin sıvı durumu yaratmanın anahtarı – atomik düzenlemenin kristalin düzenini ve simetrisini korumaktı, çünkü atomik konumlardaki rastgele bozukluğun istenmeyen etkisi farklı bir manyetik duruma yol açacaktı. spin sıvı durumunun benzersiz özellikleri. Haskel, elektron spinlerini bir şehir bloğundaki komşulara benzetir – yaklaştıkça, hepsi birbirlerini mutlu etmek isterler, dönüş yönlerini komşularına uyacak şekilde değiştirirler. Amaç onları birbirine yakınlaştırmaktır, böylece tüm komşularını mutlu edemezler, böylece şehir bloğunun yapısını korurken spin etkileşimlerini “sinirlendirir”.

Araştırma ekibi, numunenin manyetizmini ölçmek için APS’nin yoğun X-ışını görüntüleme yeteneklerini kullandı ve Haskel ve Fabbris’e göre APS, Birleşik Devletler’de böyle bir deneyin yapılabileceği tek tesistir. Özellikle, Fabbris, diğer tüm atomları göz ardı ederek bir tür atom üzerinde odaklanma yeteneğinin çok önemli olduğunu söyledi.

Fabbris, “Örnekler çok küçük ve bir üniversite laboratuvarındaki diğer tekniklerle manyetizmayı ölçmeye çalışırsanız, elmas sinyalini elmas örs hücresindeki bileşenlerden alacaksınız.” Dedi. “Yaptığımız ölçümler APS gibi bir ışık kaynağı olmadan imkansız. Bunu benzersiz bir şekilde yapabiliyor. ”

Şimdi takım bir spin sıvı durumuna ulaştığına göre, sırada ne var? Bir kuantum spin sıvısının oluşturulup oluşturulmadığını görmek için daha fazla deneye ihtiyaç vardır. Gelecekteki deneyler, spin dinamiklerinin ve korelasyonların doğasını daha doğrudan spin sıvı durumunda incelemeyi içerecektir. Ancak Haskel, son sonuçların bu zor kuantum durumlarını gerçekleştirmek için bir yol sağladığını, bunun da süperiletkenlik ve kuantum bilgi bilimleri hakkında yeni anlayışlara yol açabileceğini söyledi.

Haskel, enstrümanın parlaklığının 1.000 kata kadar arttığını görecek devasa bir proje olan APS Upgrade’i de işaret etti. Bu, bu büyüleyici madde durumlarına daha derin probların izin vereceğini söyledi.

“Şaşırtıcı kuantum mekanik etkilerin keşfedilmeyi bekleyen herkesin hayal gücüne bağlı” dedi.


Kaynak: D. Haskel, G. Fabbris, JH Kim, LSI Veiga, JRL Mardegan, CA Escanhoela, Jr., S. Chikara, V. Struzhkin, T. Senthil, BJ Kim, G. Cao ve J.-W. Kim, 11 Şubat 2020, Fiziksel İnceleme Mektupları.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.