Přepínání kvantových materiálů pomocí laserů ukazuje, jak jsou atomy příbuzné

Lex Kemper je mimořádným profesorem fyziky na NC State. Studuje kvantové materiály: pevné materiály s rafinovanými fyzikálními vlastnostmi, díky nimž jsou užitečné pro výpočetní nebo energetické aplikace.

Kemper nedávno spoluautorem článku v Nature Communications, který popisoval fázový přechod v konkrétním kvantovém materiálu (tritellurid ceru nebo CeTe3), když byl nevyvážený pomocí ultrarychlých laserových pulzů. Projekt vedli vědci z Michiganské státní univerzity s dalšími přispěvateli z Northwestern University a Argonne National Laboratory. Níže Kemper vysvětluje, co výzkumný tým objevil a proč je to důležité.

Fázové přechody jsou základní částí fyziky a chemie. Například všichni známe různé fáze vody, ale tato myšlenka částicového systému, který mění jeho vzhled a chování, je ve vědě opravdu všudypřítomná. A i když víme, jak se voda mění na led, přesný proces vede k mnoha různým druhům ledu: někdy je led průhledný a někdy není, a rozdíl souvisí s tím, jak jej zmrazíte. Když tedy zkoumáme, jak funguje fázový přechod, naučíme se hodně o základní fyzice a výsledných fázích na obou stranách.

Na úrovni kvantové fyziky platí stejná myšlenka. Můžeme vidět změnu systému z jednoho stavu do druhého, když pomalu měníme teplotu nad kritickou teplotu. Například můžeme vidět ztvrdnout materiál, stejně jako můžeme sledovat formu ledu. Ale nevidíme podrobnosti na atomové úrovni, jak se objevují. V této práci jsme byli schopni to překonat a otevřít okno o tom, jak se atomy přeskupují na atomových (pikosekundových) časových stupnicích z jedné fáze systému do druhé.

V této konkrétní práci jsme zkoumali CeTe3. Je součástí větší třídy materiálů zvané tri-telluridy vzácných zemin. Pokud se podíváte na atomovou strukturu při vysokých teplotách, je tento materiál vytvořen jako skládaná čtvercová síť. Jak teplota klesá, čtverce se změní na obdélníky. Existují dva směry, kterými se to může stát (řekněme jim A a B), ale materiál vybere pouze jeden. Na tom záleží náhoda – lokální napětí a deformace v materiálu způsobené vadami.

V experimentu jsme použili ultrakrátké, intenzivní laserové pulsy ke krátkému odstranění systému z obdélníkového stavu „A“ a sledovali jsme, jak se pokouší reformovat. Protože ve směru kteréhokoli ze stavů obdélníku není žádná zvlášť silná hnací síla, systém vytvořil obdélníky A i B. Jelikož jeden z obdélníků (na atomových pikosekundových časových stupnicích) dominuje druhému, zůstávají malé kaluže „špatného“ stavu, které je obtížné odstranit a vydrží nanosekundy (stokrát delší).

Tyto výsledky vypovídají o základních aspektech toho, jak probíhají fázové změny, jak různé části materiálů mezi sebou „mluví“, aby sladily své atomy tak, aby se vzory shodovaly, a o tom, v jaké energetické situaci se to všechno děje.

Když víme, co se stane s kvantovými materiály a jak mění svůj stav na atomové úrovni, můžeme tyto znalosti použít k vývoji nových a lepších zařízení, jako jsou stroje MRI a lepší paměť počítače.

Odkaz: „Nerovnovážná dynamika spontánní symetrie pronikající do skrytého stavu vlny hustoty náboje“ od Faran Zhou, Joseph Williams, Shuaishuai Sun, Christos D. Malliakas, Mercouri G. Kanatzidis, Alexander F. Kemper a Chong-Yu Ruan , 25. ledna 2021, Komunikace přírody.
DOI: 10.1038 / s41467-020-20834-5

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Objeven vzácný supravodič – může být rozhodující pro budoucnost kvantové práce na počítači

Výzkum vedený Kentem a laboratoří STFC Rutherford Appleton Laboratory vedl k objevu nového vzácného topologického supravodiče LaPt3P. Tento objev může mít velký význam pro...

Mimořádný příklad toho, jak voda a led mohou formovat zemi

29. května 2021 Jedna z největších delt na světě je pozoruhodným příkladem toho, jak voda a led mohou formovat pevninu. Delta Yukon-Kuskokswim je jednou z největších...

Prehistorický typ člověka, který byl dříve vědě neznámý

Statická lebka, dolní čelist a temenní pravopis. Fotografický kredit: Tel Avivská univerzita Dramatický objev během izraelských vykopávek Objev nové homo skupiny v této oblasti, která...

Jak vznikla supermasivní černá díra

Výzkum vedený Kalifornskou univerzitou, Riverside poukázal na semeno černé díry vytvořené zhroucením halo temné hmoty. Supermasivní černé díry neboli SMBH jsou černé díry s hmotností...

MIT dosahuje významného pokroku směrem k plné implementaci kvantového výpočtu

Nastavitelná spojka může zapnout a vypnout interakci qubit-qubit. Nežádoucí, zbytkové (ZZ) interakce mezi dvěma qubity jsou eliminovány použitím vyšších úrovní energie v konektoru....

Newsletter

Subscribe to stay updated.