Aktualności

Nowo odkryte „egzotyczne” zjawisko toruje drogę dla urządzeń kwantowych

Nowo odkryte „egzotyczne” zjawisko toruje drogę dla urządzeń kwantowych

Egzotyczne zjawisko fizyczne znane jako anomalia Kohna zostało odkryte po raz pierwszy w nieoczekiwanym rodzaju materiału przez naukowców z MIT.

Naukowcy twierdzą, że odkrycia mogą dostarczyć nowych informacji na temat pewnych podstawowych procesów, które determinują złożone interakcje elektroniczne pod maską wielu naszych urządzeń elektronicznych.

POWIĄZANE: ASTRONOMERZY TWORZĄ `` PIĄTY STAN MATERII '' NA MIĘDZYNARODOWEJ STACJI KOSMICZNEJ

To z kolei mogłoby doprowadzić do „opracowania materiałów o nowych właściwościach termicznych lub elektronicznych [które są] tak nowe, że potrzebujemy czasu, aby pomyśleć o ich możliwościach” - mówi Brent Fultz, profesor materiałoznawstwa i fizyki stosowanej na Caltech, który nie brał udziału w badaniu.

Badanie interakcji elektronicznych

Fizyczne procesy zachodzące w wielu urządzeniach elektronicznych są zdeterminowane interakcjami między elektronami i fononami - które zasadniczo są falą wibracji przechodzącą przez materiał krystaliczny.

Wśród procesów, na które wpływają te interakcje, jest sposób, w jaki materiały są odporne na prąd elektryczny, a także temperatura, w której niektóre materiały stają się nadprzewodnikami, oraz wymagania dotyczące bardzo niskiej temperatury dla komputerów kwantowych.

Problem polega na tym, że interakcje elektron-fonon były niezwykle trudne do szczegółowego zbadania ze względu na to, że są bardzo słabe i trudne do odczytania.

Chcąc dokładniej zbadać te interakcje, zespół naukowców z MIT wywołał anomalię Kohna, o której wcześniej sądzono, że występuje tylko w metalach, w egzotycznym materiale zwanym topologicznym półmetalem Weyla.

Odkrycie może pomóc rzucić światło na złożone interakcje między elektronami i fotonami - twierdzi zespół, pomagając w poszukiwaniu nowych materiałów do zaawansowanych komputerów.

Mariaż teorii i obserwacji

Badanie, które opiera się zarówno na przewidywaniach teoretycznych, jak i obserwacjach eksperymentalnych, zostało opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmiePismo z przeglądu fizycznego.

Anomalie Kohna zostały po raz pierwszy odkryte w latach pięćdziesiątych XX wieku przez fizyka Waltera Kohna. Odzwierciedlają one nagłą zmianę, czasami określaną jako drganie lub załamanie, na wykresie, który opisuje parametr fizyczny zwany funkcją odpowiedzi elektronowej.

Ta nagła nieciągłość odzwierciedla zmianę zdolności elektronów do ekranowania fononów. Może to powodować niestabilność propagacji elektronów w materiale i może prowadzić do szeregu nowych właściwości elektronicznych.

Aby zmierzyć te precyzyjne interakcje, zespół wykorzystał zaawansowane sondy rozpraszające neutrony i promieniowanie rentgenowskie w trzech laboratoriach krajowych - Argonne National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory oraz National Institute of Standards and Technology - w celu zbadania zachowania materiału z fosforku tantalu.

„Przewidzieliśmy, że w materiale występuje anomalia Kohna, oparta na czystej teorii” - wyjaśnił profesor Mingda Li w komunikacie prasowym. Korzystając z obliczeń, „mogliśmy poprowadzić eksperymenty do punktu, w którym chcielibyśmy szukać tego zjawiska i widzimy bardzo dobrą zgodność między teorią a eksperymentami”.

Martin Greven, profesor fizyki na University of Minnesota, który nie brał udziału w tych badaniach, mówi, że ta praca „ma imponującą szerokość i głębokość, obejmując zarówno wyrafinowaną teorię, jak i eksperymenty rozpraszania. Otwiera nowy grunt w fizyce materii skondensowanej, ustanawiając nowy rodzaj anomalii Kohna ”.

Lepsze zrozumienie sprzężeń elektron-fonon, dzięki tej nowatorskiej obserwacji anomalii Kohna, może pomóc w opracowaniu materiałów, takich jak lepsze nadprzewodniki wysokotemperaturowe lub odporne na uszkodzenia komputery kwantowe - twierdzi zespół badawczy.

„Myślę, że może to doprowadzić nas do dalszego zrozumienia procesów, które leżą u podstaw niektórych z tych materiałów, które są bardzo obiecujące na przyszłość” - mówi Andrejevic, który wraz z naukowcem Fei Hanem był współautorem artykułu.

Poszerzając naszą wiedzę na temat tych egzotycznych materiałów, możemy dostrzec nieznane dotąd postępy w takich dziedzinach, jak komputery kwantowe, które mogą zrewolucjonizować sposób, w jaki wchodzimy w interakcję ze światem cyfrowym.


Obejrzyj wideo: Maciej Jemioł RL. ArtystaPisarz SL - Petscop.. - 18 maja 2020 (Wrzesień 2021).