Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

Brug nanofabrikation Metoder, Overhold Forskere Eksotiske stat, Strontium ruthenium oxid Ringe

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

En ny fraktioneret vortex stat observeret i en utraditionel superleder kan tilbyde det første glimt af en eksotisk tilstandsform forudsagt teoretisk i mere end 30 år.

I et dokument offentliggjort i den 14 januar spørgsmålet om videnskab, beskriver University of Illinois fysikere, ledet af Raffi Budakian, deres observationer af en ny fraktioneret vortex stat i strontium ruthenium oxid (SRO). Sådanne stater kan danne grundlag for en ny form for kvantecomputere, hvor kvanteinformation er kodet i topologiske egenskaber af et fysisk system.

Dette er en falsk-farvebillede af en enkelt-krystal Si cantilever og de dertil knyttede ringformede SRO partikel. Indsat: Scanning elektron mikroskop billede af SRO "ring" med en 0,7 ìm diameter hul.

"Vi har været på sporet af en tilstand af stof, der kaldes en halv-kvante vortex i mere end tre år," sagde Budakian. "Først foreslog i 1970'erne med at eksistere i superflydende helium-3, kan en halv-kvante vortex opfattes som et 'tekstur', der udspringer af spin fase af superledende orden parameter."

Budukian gruppe undersøgte strontium ruthenium oxid (SRO), en utraditionel superleder, der er blevet foreslået som solid state-analog af A-fase superflydende helium-3. Brug af state-of-the-art nanofabrikation metoder og udsøgt følsomme cantilever-baserede magnetometri teknikker udviklet af gruppen, forskerne observerede minutter udsving i magnetisme af små ringe af SRO.

"Strontium ruthenium oxid er et unikt og fascinerende materiale, og den halve kvante hvirvler, der er blevet formodes at eksistere i det er særligt interessant," siger Anthony J. Leggett, John D. og Catherine T. MacArthur professor og Center for Avanceret Undersøgelse professor i fysik, der delte i 2003 Nobelprisen i fysik for sit arbejde med superflydende helium-3. "Det menes, at disse halv kvante hvirvler i SRO kan danne grundlag for topologiske kvantecomputere. Hvis denne nye form for databehandling i sidste ende realiseres, vil dette eksperiment helt sikkert ses som en vigtig milepæl på vejen der."

Budakian er en assisterende professor i fysik og en principal investigator i Frederick Seitz Materials Research Laboratory i Illinois. For fem år siden, han var medvirkende til banebrydende en teknik, magnetisk resonans force mikroskopi, til at måle den kraft der virker på en mikrometer-skala silicium cantilever af spin af en enkelt elektron i en bulk materiale. Han og hans gruppe har nu tilpasset deres ultrafølsomme cantilever målinger til at overholde de magnetiske adfærd SRO.

I eksperimentet først forskerne fabrikerede en mikron-størrelse ring af SRO og limet det til spidsen af ​​silicium cantilever. Hvor lille er disse ringe? Halvtreds af dem ville passe i bredden af ​​et menneskehår. Og spidsen af ​​køreledningsophæng er mindre end 2 ìm brede.

"Vi tager højenergifysik tilgang til at gøre disse ringe. Først skal vi smadre SRO, og så må vi støvtætte gennem hvad der er tilbage," sagde Budakian.

Forskerne første pulverisere den store krystaller af SRO i fragmenter, skal du vælge en sandsynlig mikron-størrelse flake og bore et hul i den med en fokuseret stråle af gallium ioner. Den resulterende struktur, der ligner en mikroskopisk donut, er limet på den følsomme silicium cantilever og derefter afkølet til 0,4 grader over det absolutte nulpunkt.

"Placering af SRO ringen på cantilever er en smule som at smide en sandkorn netop oven på en lidt større gran af sand," sagde Budakian, "kun vores 'sandkorn' er langt mindre."

Budakian tilføjede, at denne teknik er første gang en sådan lille superledende ringe er blevet fremstillet i SRO.

At være i stand til at foretage disse ringe er afgørende for eksperimentet, efter Budakian, fordi den halve kvantetilstand vortex tilstand ikke forventes at være stabil i større strukturer.

"Når vi har ringen knyttet til cantilever, kan vi anvende statiske magnetiske felter til at ændre 'fluxoid' state of the ring og afsløre de tilsvarende ændringer i den cirkulerende strøm. Desuden anvender vi tidsafhængige magnetiske felter til at generere en dynamisk drejningsmoment på cantilever. Ved at måle frekvensen ændring af cantilever, kan vi bestemme den magnetiske moment der produceres af strømmen cirkulerende ringen, "sagde Budakian.

"Vi har observeret overgange mellem heltal fluxoid stater, samt en ordning karakteriseret ved" halv-tal 'overgange, "Budakian bemærkede," der kunne forklares ved eksistensen af ​​halve kvante hvirvler i SRO. "

Ud over de fremskridt i grundlæggende videnskabelige forståelse af, at Budakian arbejde giver, kan forsøget være et vigtigt skridt hen imod virkeliggørelsen af ​​en såkaldt "topologisk" kvantecomputer, som Leggett antydet.

I modsætning til en klassisk computer, der krypterer oplysninger, som bits, hvis værdier er enten 0 eller 1, ville en kvantecomputer stole på samspillet mellem to niveauer kvante-systemer (f.eks spins af elektroner, fanget ioner eller strømninger i superledende kredsløb) til kode og bearbejde information. Den massive parallelitet ligger i kvantemekaniske tidsudvikling ville give hurtige løsninger på problemer, der i øjeblikket vanskelige, kræver enorme mængder af tid i konventionelle, klassisk maskiner.

For en funktionel kvantecomputer, skal kvante bits eller "qubits" være stærkt koblet til hinanden, men forbliver tilstrækkeligt isoleret fra tilfældige miljømæssige fluktuationer, som forårsager de oplysninger, der er lagret i kvantecomputer til henfald-et fænomen kendt som dekohærens. I øjeblikket store, internationale projekter i gang for at konstruere kvantecomputere, men dekohærens stadig det centrale problem for den virkelige verden kvanteberegning.

Ifølge Leggett, en temmelig radikal løsning på dekohærens problemet "er at indkode kvanteinformation nonlocally, det er, i den globale topologiske egenskaber de pågældende stater Kun en meget begrænset gruppe af fysiske systemer er passende for en sådan topologisk kvantecomputere. , og SRO kan være en af ​​dem, forudsat at visse betingelser er opfyldt i det. Et meget vigtigt sådan betingelse er netop eksistensen af ​​halve kvante hvirvler, som foreslået af Budakian eksperimentet. "

Kilde: http://illinois.edu/

Last Update: 6. October 2011 02:07

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit