Fyzici pozorují konkurenci mezi magnetickými řády

Systém: krystalová mříž ze světla zachycuje atomy v několika dvojitých vrstvách. Tomografické obrázky ukazují hustotu (rotace) v řezu. Poskytují informace o magnetickém pořadí atomů. Obrázek vpravo ukazuje hustotu vrstvy, zprůměrovanou na dvanáct realizací (oranžovo-červená). Fotografické kredity: © Marcell Gall, Nicola Wurz a kol. / Natur

Přírodní historie: Výzkumný tým z univerzity v Bonnu získává poznatky o nových kvantových jevech.

Jsou tenké na vlasy, jen stotisíckrát tenčí – takzvané dvourozměrné materiály, které se skládají z jediné atomové vrstvy, vzkvétaly ve výzkumu po celá léta. Do povědomí širšího publika se dostali, když dva rusko-britští vědci obdrželi v roce 2010 Nobelovu cenu za fyziku za objev Graf, stavební blok z grafitu. Zvláštností těchto materiálů je, že mají nové vlastnosti, které lze vysvětlit pouze pomocí zákonů kvantové mechaniky a mohou být relevantní pro vylepšené technologie. Vědci z univerzity v Bonnu nyní pomocí ultra studených atomů získali nový pohled na dříve neznámé kvantové jevy. Zjistili, že magnetické řády mezi dvěma vázanými tenkými vrstvami atomů si navzájem konkurují. Studie byla publikována v časopise Nature.

Kvantové systémy realizují velmi jedinečné stavy hmoty, které pocházejí ze světa nanostruktur. Umožňují řadu nových technologických aplikací, např. Přispívají například k zabezpečenému šifrování dat, zavádějí stále menší a rychlejší technická zařízení a dokonce umožňují vývoj kvantového počítače. V budoucnu by takový počítač mohl vyřešit problémy, které běžné počítače nedokážou vyřešit vůbec, nebo je mohou vyřešit pouze po dlouhou dobu.

Jak neobvyklé kvantové jevy vznikají, není v žádném případě plně pochopeno. Aby to osvětlilo, používá tým fyziků vedený profesorem Michaelem Köhlem z Cluster of Excellence Matter and Light for Quantum Computers na univerzitě v Bonnu takzvané kvantové simulátory, které napodobují interakci několika kvantových částic – něco, co konvenční metody nedokáží. Dokonce ani nejmodernější počítačové modely nemohou velmi podrobně vypočítat složité procesy, jako je magnetismus a elektřina.

Extrémně chladné atomy simulují pevné látky

Simulátor používaný vědci se skládá z ultra studených atomů – ultra studených, protože jejich teplota je jen o miliontinu vyšší Absolutní nula. Atomy jsou chlazeny lasery a magnetickými poli. Atomy jsou umístěny v optických mřížkách, tj. Stojatých vlnách, které jsou tvořeny superpozicí laserových paprsků. Tímto způsobem atomy simulují chování elektronů v pevném stavu. Experimentální uspořádání umožňuje vědcům provádět velké množství experimentů bez vnějších úprav.

V rámci kvantového simulátoru se vědcům podařilo poprvé měřit magnetické korelace přesně dvou spojených vrstev krystalové mřížky. „Síla této vazby nám umožnila otočit směr, ve kterém je magnetismus formován o 90 stupňů – aniž by došlo k jiné změně materiálu,“ vysvětlují první autoři Nicola Wurz a Marcell Gall, doktorandi ve výzkumné skupině Michaela Köhla.

Ke studiu distribuce atomů v optické mřížce fyzici použili mikroskop s vysokým rozlišením, pomocí kterého mohli měřit magnetické korelace mezi jednotlivými vrstvami mřížky. Tímto způsobem zkoumali magnetický řád, tj. Vzájemné vyrovnání atomových magnetických momentů v simulovaném tělese. Pozorovali, že magnetický řád mezi vrstvami soutěžil s původním řádem v jedné vrstvě, což vedlo k závěru, že čím těsněji byly vrstvy spojeny, tím silnější byly korelace mezi vrstvami. Zároveň byly sníženy korelace v rámci jednotlivých vrstev.

Nové výsledky umožňují lepší pochopení šíření magnetismu v systémech spojených vrstev na mikroskopické úrovni. Výsledky by měly v budoucnu pomoci předpovědět vlastnosti materiálu a mimo jiné dosáhnout nových funkcí pevných látek. Protože například vysokoteplotní supravodivost je úzce spjata s magnetickými vazbami, mohly by nové poznatky dlouhodobě přispět k vývoji nových technologií založených na těchto supravodičích.

Odkaz: „Konkurenční magnetické objednávky ve dvouvrstvém Hubbardově modelu s ultra studenými atomy“, autor: Marcell Gall, Nicola Wurz, Jens Samland, Chun Fai Chan a Michael Köhl, 6. ledna 2021. Příroda.
DOI: 10.1038 / s41586-020-03058-x

Financování: Studie byla financována Bonnsko-kolínskou magisterskou školou pro fyziku a astronomii, spoluprací mezi univerzitami v Bonnu a Kolíně nad Rýnem, Nadací Alexandra von Humboldta a Centrem pro společný výzkum TRR 185 „OSCAR – Kontrola atomové a fotonické kvantové hmoty“ prostřednictvím vazby na míru šité na míru „Financovány Německou nadací pro výzkum, Klastrem excelence a hmotou pro kvantové počítače (ML4Q) a Německou obchodní nadací.

Cluster of Excellence Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q)

Cluster of Excellence Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q) je výzkumná spolupráce mezi univerzitami v Kolíně nad Rýnem, Cáchách a Bonnu a výzkumným střediskem Jülich. Je financován federálními a státními vládami jako součást strategie excelence. Cílem ML4Q je vyvinout nové počítačové a síťové architektury založené na principech kvantové mechaniky. ML4Q staví na doplňkových odborných znalostech ve třech nejdůležitějších oblastech výzkumu a rozšiřuje je: fyziku pevných látek, kvantovou optiku a kvantovou informační vědu.

Klastr excelence je zakotven v transdisciplinární oblasti výzkumu „Stavební kameny hmoty a základní interakce“ na univerzitě v Bonnu. Vědci z nejrůznějších fakult a oborů se scházejí v šesti různých TRA, aby pracovali na výzkumných tématech zaměřených na budoucnost.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Vědci navrhují vzorky tekutých krystalů s vlastním pohonem

Nový výzkum ukazuje, že pohyb tekutých krystalů lze použít k nasměrování vývoje autonomních materiálů, které dokáží snímat vstupy, zesilovat signály a dokonce vypočítávat informace....

Činnosti v rizikových kruzích mozku mohou předpovídat změny cen akcií

Podle Společnost pro neurovědy 8. března 2021 Celý mozek potvrzuje, že aktivita v predikovaných oblastech předpovídá směr a skloňování ceny akcií. Nahoře, směr ceny akcií:...

Nenásytná poptávka po konopí vytváří obrovskou uhlíkovou stopu

Emise skleníkových plynů z životního cyklu pěstování konopí modelované v USA po celém světě Uznání: Hailey Summers / Colorado State University Vědci z Colorado State...

Hubble objevil nádhernou hvězdnou školku

po Evropská kosmická agentura / Hubble 8. března 2021 AFGL 5180, školka krásných hvězd v souhvězdí Blíženců (Gemini), byla zachycena Hubbleovým kosmickým dalekohledem. Poděkování: ESA /...

Biologové a matematici z MIT odhalují, jak se vajíčka tak zvětšují

Zasunuté ošetřovatelské buňky ovocných mušek vytlačují jejich obsah do velké vaječné buňky. Uznání: Jasmine Imran Elsus Růst vajec závisí na fyzikálních jevech, které brání...

Newsletter

Subscribe to stay updated.