ALTIN 499,21
DOLAR 8,8689
EURO 10,4740
BIST 1.385
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
Az Bulutlu

Su ve Kuantum Mıknatısları Kritik Fiziği Paylaşıyor – Kuantum Hesaplama için Sonuçları Olabilir

14.09.2021
17
Su ve Kuantum Mıknatısları Kritik Fiziği Paylaşıyor – Kuantum Hesaplama için Sonuçları Olabilir

Su, sıvıdan katı buza donabilir veya bir gaza kaynayabilir. Mutfakta bu “faz geçişleri” düzgün değildir, ancak kesintili yapıları yüksek basınçta düzelir. EPFL liderliğindeki uluslararası bir fizikçi ekibi, bazı kuantum mıknatıslarda aynı davranışı keşfetti; bu, kübit teknolojisi için sonuçları olabilir.

Fizikte nesneler katı, sıvı, gaz gibi “fazlar” halinde bulunur. Bir şey bir fazdan diğerine geçtiğinde, “faz geçişinden” bahsediyoruz – suyun buhara kaynadığını, sıvıdan gaza dönüştüğünü düşünün.

Mutfağımızda su 100 derecede kaynarÖC ve yoğunluğu çarpıcı bir şekilde değişir ve sıvıdan gaza süreksiz bir sıçrama yapar. Bununla birlikte, basıncı arttırırsak, suyun kaynama noktası da artar, 374’te kaynadığı 221 atmosferlik bir basınca kadar.ÖC. Burada garip bir şey olur: sıvı ve gaz tek bir fazda birleşir. Bu “kritik nokta”nın üzerinde artık bir faz geçişi yoktur ve bu nedenle, basınçlı suyu kontrol ederek, suyu hiç geçmeden sıvıdan gaza yönlendirilebilir.

Suya benzer bir faz geçişinin kuantum versiyonu var mı? EPFL’nin Temel Bilimler Okulu’ndan Profesör Henrik Rønnow, “Kuantum manyetizma ve spintronikteki mevcut yönler, topolojik fazların ve korunan kübitlerin fiziğini üretmek için yüksek oranda spin-anizotropik etkileşimler gerektiriyor, ancak bu etkileşimler aynı zamanda süreksiz kuantum faz geçişlerini de destekliyor” diyor.

Önceki çalışmalar, kuantum manyetik malzemelerde düzgün, sürekli faz geçişlerine odaklanmıştı. Şimdi, Rønnow ve Profesör Frédéric Mila tarafından yürütülen ortak bir deneysel ve teorik projede, yine Temel Bilimler Okulu’nda, EPFL’deki fizikçiler ve Paul Scherrer Enstitüsü, bir kuantum mıknatısındaki ilk kritik noktayı gözlemlemek için süreksiz bir faz geçişi üzerinde çalıştılar. , suya benzer. Çalışma şimdi yayınlandı Doğa.

Bilim adamları, sahada SCBO (kimyasal bileşiminden: SrCu) olarak bilinen bir “kuantum antiferromıknatıs” kullandılar.2(BÖ3)2). Kuantum antiferromıknatıslar, bir malzemenin yapısının kuantum yönlerinin genel özelliklerini nasıl etkilediğini anlamak için özellikle yararlıdır – örneğin, elektronlarının dönüşlerinin manyetik özelliklerini vermek için nasıl etkileşime girdiği. SCBO aynı zamanda “hayal kırıklığına uğramış” bir mıknatıstır, yani elektron dönüşleri bazı düzenli yapılarda sabitlenemez ve bunun yerine bazı benzersiz kuantum dalgalanma durumlarını benimserler.

Karmaşık bir deneyde araştırmacılar, miligram SCBO parçalarına uygulanan hem basıncı hem de manyetik alanı kontrol ettiler. Rønnow, “Bu, süreksiz kuantum faz geçişinin her tarafına bakmamıza izin verdi ve bu şekilde saf bir dönüş sisteminde kritik nokta fiziğini bulduk” diyor.

Ekip, SCBO’nun “enerjiyi emmeye” hazır olduğunu gösteren özgül ısısının yüksek hassasiyetli ölçümlerini gerçekleştirdi. Örneğin, su -10’da sadece küçük miktarlarda enerji emer.ÖC, ancak 0’daÖC ve 100ÖC Her molekül buzdan sıvıya ve sıvıdan gaza geçişler boyunca sürüldüğü için çok büyük miktarlar alabilir. Tıpkı su gibi, SCBO’nun basınç-sıcaklık ilişkisi, iki kuantum manyetik fazı ayıran süreksiz bir geçiş hattını gösteren ve hat kritik bir noktada biten bir faz diyagramı oluşturur.

Frédéric Mila, “Artık bir manyetik alan uygulandığında sorun sudan daha zengin hale geliyor” diyor. “Manyetik fazların hiçbiri küçük bir alandan güçlü bir şekilde etkilenmez, bu nedenle çizgi üç boyutlu bir faz diyagramında bir süreksizlik duvarı haline gelir – ancak daha sonra fazlardan biri kararsız hale gelir ve alan onu üçüncü bir faza doğru itmeye yardımcı olur.”

Bu makroskopik kuantum davranışını açıklamak için araştırmacılar, birkaç meslektaşı, özellikle de Amsterdam Üniversitesi’nden güçlü yeni bilgisayar tabanlı teknikler geliştiren Profesör Philippe Corboz ile bir araya geldi.

Mila, “Önceden ‘hayal kırıklığına uğramış’ kuantum mıknatısların özelliklerini gerçekçi bir iki veya üç boyutlu modelde hesaplamak mümkün değildi” diyor. “Yani SCBO, kuantum manyetizma için yeni bir fenomenin nicel bir açıklamasını sağlamak için yeni sayısal yöntemlerin gerçeklikle buluştuğu iyi zamanlanmış bir örnek sunuyor.”

Henrik Rønnow şu sonuca varıyor: “İleriye dönük olarak, yeni nesil fonksiyonel kuantum malzemeleri süreksiz faz geçişleri arasında değiştirilecek, bu nedenle termal özelliklerinin doğru bir şekilde anlaşılması, klasik versiyonu bilim tarafından iki yüzyıldır bilinen kritik noktayı kesinlikle içerecektir. ”

Referans: J. Larrea Jiménez, SPG Crone, E. Fogh, ME Zayed, R. Lortz, E. Pomjakushina, K. Conder, AM Läuchli, L. Weber, S tarafından “Suyun kritik noktasına kuantum manyetik bir analog” Wessel, A. Honecker, B. Normand, Ch. Rüegg, P. Corboz, HM Rønnow ve F. Mila, 14 Nisan 2021, Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03411-8

Diğer katkıda bulunanlar

  • Sao Paulo Üniversitesi
  • Amsterdam Üniversitesi
  • Carnegie Mellon Üniversitesi, Katar
  • Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
  • Innsbruck Üniversitesi
  • RWTH Aachen Üniversitesi
  • CY Cergy Paris Üniversitesi
  • ETH Zürih
  • Cenevre Üniversitesi

Finansman

  • Sao Paulo Araştırma Vakfı (FAPESP)
  • Katar Vakfı (Carnegie Mellon Üniversitesi, Katar’ın Tohum Araştırma programında)
  • İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (SNSF)
  • Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) Ufuk 2020
  • ERC Sinerji Hibe KAHRAMANI
  • Alman Araştırma Vakfı

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.