Kuantum maddesini tanımlayan sonsuz sayıda kuantum durumu ve çok sayıda elektron etkileşime girdiğinde ortaya çıkan garip fenomenler vardır. Onlarca yıldır, bu devletlerin çoğu teorik olmuştur: potansiyel olarak gerçek hayat malzemeleri arasında saklanan matematiksel ve hesaplamalı tahminler-bir hayvanat bahçesi, birçok bilim adamı ona atıfta bulunurken, yeni “türler” Sadece keşfedilmeyi ve tarif edilmeyi bekliyorum.
3 Nisan’da yayınlanan yeni bir çalışmada Doğa, Araştırmacılar büyüyen kuantum hayvanat bahçesine bir düzineden fazla eyalet eklediler.
“Bu eyaletlerden bazıları daha önce hiç görülmedi,” Bahsedilen baş yazar Xiaoyang Zhu, Howard Ailesi Columbia Nanobcience Profesörü. “Ve biz de çok fazla görmeyi beklemiyorduk.”
Bunlar arasında, şu anda teorik olarak, topolojik bir kuantum bilgisayarı olarak bilinen şeyi yaratmak için kullanılabilecek devletler de bulunmaktadır. Topolojik kuantum bilgisayarlar, şu anda süper iletken malzemelerle oluşturulan kuantum bilgisayarları engelleyen hatalara daha az eğilimli hale getirecek benzersiz kuantum özelliklerine sahip olacaktır.
Ancak süper iletken malzemeler, şimdiye kadar bu (hala gerçekleştirilmemiş) yeni nesil kuantum bilgisayarlar için gerekli topolojik durumları yaratma girişimlerinde kullanılan mıknatıslar tarafından bozuluyor. Zhu’nun hayvanat bahçesi bu sorunu çözüyor: Kendisinin ve ekibinin keşfettiği devletler, bükülmüş molibden ditellurid adı verilen bir malzemenin özel özellikleri sayesinde harici bir mıknatıs olmadan oluşturulabilir.
Kuantum Tarihinin Salonu’ndan
Zhu ve ekibinin ortaya çıkardığı yeni devletlerin altında yatan fenomen, salon etkisi ile ilişkili olabilir. 1879’da keşfedilen klasik salon etkisi, manyetik bir alana maruz kaldığında kenarı boyunca bir metal grubundan nasıl akan elektronların nasıl olduğunu açıklar; Mıknatıs ne kadar güçlü olursa, metal boyunca voltaj farkı o kadar güçlü olur.
Elektronlar ultra kol sıcaklıklarında ve sadece iki boyutta manyetik bir alana maruz kaldığında, kuantum mekaniğinin etkilerinin en kolay şekilde gözlemlendiği, voltajdaki değişiklik artık manyetik alan ile orantılı değildir; Doğrusal bir artış yerine, “nicel” ve bir elektron yükü ile ilgili adımlarla atlar – bilinen en küçük yüke sahip bir parçacık.
Bu kuantum basamakları, bir elektronun fraksiyonları olan durumları olan durumları daha küçük olanlara bile ayırabilir: -½, -⅔, -⅓, vb.; Bu gözlem için Columbia profesörü Emeritus Horst Stormer, 1998 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.
Bu “Kesirli kuantum salonu etkisi” Nobel konferansında Stormer, kuantum mekaniğinin mantıksız bir tuhaflığıdır: “Konserde hareket eden birçok elektronun, herhangi bir bireysel elektronun yükünden daha küçük bir yüke sahip yeni parçacıklar oluşturabileceğini ima eder. İşlerin böyle olması gerekmiyor…. Yine de bu elektronların hiçbirinin parçalara ayrılmadığını kesin olarak biliyoruz.”
Araştırmacılar onlarca yıldır kesirli kuantum salonu etkisi için avlanıyorlar ve bir dizi farklı materyalde ortaya çıktı. Washington Üniversitesi’nde bir fizikçi olan Xiaodong Xu’nun ve Columbia’nın Programlanabilir Kuantum Malzemeleri (Proqm) üzerine Columbia Enerji Frontier Araştırma Merkezi üyesi olan Xiaodong Xu’nun, molybden olarak bilinen molybden ditelüridini keşfettiği bir anormal-mıknatıssız kuantum salon etkisi keşfettiğinde, 2023’te önemli bir adım meydana geldi. Xu’nun keşfi Cornell’deki deneyler ve Şangay Jiao Tong Üniversitesi’nin sonuçları ile desteklendi.
Xu’nun çalışması, doktora derecesi tarafından yönetildi. Öğrenciler Jiaqi Cai ve Heonjeoon Park ve iki makalede de yayınlandı Doğaiki açgözlü fraksiyonel kuantum anormal salon (FQAH) devleti ortaya çıkardı, Zhu açıkladı. Gelecek daha fazlası vardı.
Sır? Bu A-Moir …
Proqm ekibinin birlikte çalıştığı ve sıklıkla araştırdıkları materyaller, moiré malzemeleridir, birbirlerine göre çok hafifçe bükülmüş çeşitli unsurlardan oluşan atom-ince katmanlardır. Sonuç, tek katmanlarda bulunmayan özelliklere veya katmanların soyulduğu dökme kristallere sahip bir petek desenidir.
Molibden ditelurid katmanları büküldüğünde topolojik olurlar. Bu, elektronlarının, bunları daha büyük bir bütüne katılmaya teşvik eden ve sırayla ve mantıksal olarak fraksiyonel kuantum salonu ücretlerine girebilen daha büyük bütünlere katılmaya teşvik eden düzenlemelerde tutulduğu anlamına gelir. Bükülme ayrıca bir iç manyetik alan verir – harici bir mıknatıs ihtiyacını ortadan kaldırır.
Geçen yaz, Columbia’daki Max-Planck NYC Merkezi Doktora Sonrası ve mevcut makalede baş yazar Yiping Wang, Xu’nun laboratuvarından bir örnek aldı. Zhu, ortak yazar ve Simons arkadaşı Eric Arsenault tarafından geliştirilen bir pompa probu spektroskopisi tekniği ile üzerinde bazı deneyler yapmaya karar verdiğinde seyahat ediyordu. Ekranı, teorik olarak topolojik bir kuantum bilgisayarı oluşturmak için gereken bileşenler olduğu tahmin edilen kesirler de dahil olmak üzere düzinelerce kesirli yüke karşılık gelen piklerle aydınlandı: Abelian olmayan anons olarak adlandırıldı.
Pompa-prob yaklaşımlarında, bir lazer darbesi “erimişler” Kuantum, malzemedeki durumlar ve daha sonra ikincisi, devletler yeniden ortaya çıktıkça elektriksel etkileşimlerin gücünün bir ölçüsü olan dielektrik sabitindeki değişikliği tespit eder. Arsenault’un yöntemi, birçok kesirli enerji seviyesindeki ince farkı parçalayabilen son derece hızlı bir lazer kullanır. “Bu keşif aynı zamanda şimdiye kadar maddenin kuantum durumlarını tespit etmede en hassas teknik olarak pompa-prob spektroskopisi oluşturur.” dedi Zhu.
Devletleri en düşük veya zeminde, enerjilerinde keşfetmenin yanı sıra, detayları değiştikçe de yakalar. “Zemin durumunda korelasyon ve topolojiyi keşfetmek için yeni bir boyut, zaman, zamana girmiş gibi geliyor,” dedi Wang. “Özellikle onları dengeden ittiğimizde bizi şaşırtmaya devam ediyorlar.”
Şimdi, tüm bu yeni devletlerin ne olduğunu ve en yararlı olabileceklerini tam olarak anlamanın zamanı geldi. “Çok fazla var. Bu sonuçları ve tekniğimizin başkalarına keşfetmesi için ilham vermesini umuyoruz,” dedi Zhu.
Gerçekten de bir hayvanat bahçesi.
