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

Mit Nanofabrication Methoden, Beobachten Forscher Exotic Staat in Strontium Rutheniumoxid Ringe

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

Eine neue Fractional Wirbel Zustand in eine unkonventionelle Supraleiter beobachtet kann dem ersten Blick auf einen exotischen Zustand der Materie theoretisch vorhergesagt seit mehr als 30 Jahren.

In einem Papier in der 14. Januar Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht wurde, beschreiben University of Illinois Physiker, von Raffi Budakian geführt, ihre Beobachtungen eines neuen Fractional Wirbel Staat in Strontium Rutheniumoxid (SRO). Solche Zustände können die Grundlage für eine neuartige Form von Quanten-Computing, in der Quanten-Informationsverarbeitung in der topologischen Eigenschaften eines physikalischen Systems kodiert ist.

Dies ist eine Falschfarben-Bild eines Einkristall-Si Cantilever und der ihr beigefügten ringförmigen SRO Teilchen. Inset: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der SRO "Ring" mit einem 0,7-ìm Durchmesser Loch.

"Wir haben auf der Spur einen Zustand der Materie als eine halbe Quanten-Wirbel für mehr als drei Jahren", sagte Budakian. "First in den 1970er Jahren vorgeschlagen, in superfluid Helium-3 vorhanden ist, kann eine halbe Quanten Strudel der als" Textur ", die von der Spin-Phase der supraleitenden Ordnungsparameter entsteht gedacht werden."

Budukian Gruppe untersucht Strontium Rutheniumoxid (SRO), eine unkonventionelle Supraleiter, die als Festkörper-Analogon der A-Phase superfluid Helium-3 vorgeschlagen wurde. Mit State-of-the-art Nanofabrikation Methoden und außerordentlich empfindlich Cantilever-basierte Magnetometrie Techniken, die von der Gruppe entwickelt, beobachteten die Forscher winzige Schwankungen der Magnetismus der kleinen Ringe aus SRO.

"Strontium Rutheniumoxid ist ein einzigartiges und faszinierendes Material, und die Halb-Quanten-Wirbel, die vermutet haben, in ihr existieren, sind besonders interessant", sagte Anthony J. Leggett, der John D. und Catherine T. MacArthur Professor und Center for Advanced Study Professor of Physics, der 2003 den Nobelpreis für Physik für seine Arbeiten über superfluid Helium-3-geteilt. "Es wird angenommen, dass diese halb-Quanten-Wirbel in SRO können die Grundlage für topologischen Quantencomputern bieten. Wenn diese neuartige Form der Datenverarbeitung schließlich realisiert wird, dieses Experiment wird sicherlich als ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg dort gesehen werden."

Budakian ist Assistenzprofessor für Physik und einer der leitenden Forscher des Frederick Seitz Materials Research Laboratory in Illinois. Vor fünf Jahren war er maßgeblich an bahnbrechenden eine Technik, Magnet-Resonanz-Kraft-Mikroskopie, die Kraft auf einen Mikrometer-Skala Siliziumbalken durch den Spin eines einzelnen Elektrons in einem Schüttgut ausgeübt zu messen. Er und seine Gruppe haben jetzt ihre ultrasensitive Cantilever Messungen angepasst an das magnetische Verhalten von SRO zu beobachten.

Im Experiment haben die Forscher zunächst eine Mikrometergröße Ring SRO hergestellt und klebte es auf die Spitze des Siliziumbalken. Wie klein sind die Ringe? Fünfzig von ihnen über die Breite eines menschlichen Haares passen. Und die Spitzen der Ausleger sind weniger als 2 ìm breit.

"Wir haben die Hochenergiephysik Ansatz zur Herstellung dieser Ringe zu nehmen. Zuerst haben wir zerschlagen die SRO, und dann sind wir durch das, was die linke sichten", sagte Budakian.

Die Forscher zunächst pulverisieren die großen Kristalle von SRO in Fragmente, wählen Sie eine wahrscheinliche Mikrometergröße Flocke, und bohrt ein Loch in es mit einem fokussierten Strahl von Gallium-Ionen. Die resultierende Struktur, die wie eine mikroskopisch kleine Donut aussieht, ist auf die empfindliche Siliziumbalken verklebt und anschließend gekühlt, um 0,4 Grad über dem absoluten Nullpunkt.

"Aufstellen des SRO-Ring auf dem Ausleger ist ein bisschen wie ein Sandkorn genau auf einem etwas größeren Sandkorn", sagte Budakian, "nur unsere" Sandkörner "sind viel kleiner."

Budakian fügte hinzu, dass diese Technik zum ersten Mal solche winzigen supraleitenden Ringen in SRO wurden hergestellt wird.

Die Möglichkeit, diese Ringe zu machen ist entscheidend für den Versuch, nach Budakian, weil die halbe Quanten-Vortex-Zustand nicht zu erwarten ist in größeren Strukturen stabil.

"Nachdem wir den Ring an den Ausleger haben, können wir anwenden statischen Magnetfeldern auf die" Fluxoid 'state of the Ring ändern und erkennen die entsprechenden Änderungen in der Kreisstrom. Darüber hinaus gelten wir zeitabhängige Magnetfelder zu einer generieren dynamisches Moment auf den Cantilever. Durch die Messung der Frequenzänderung des Auslegers, können wir das magnetische Moment von den Strömungen zirkulierenden dem Ring zu bestimmen ", sagte Budakian.

"Wir haben die Übergänge zwischen integer Fluxoid Staaten, sowie ein Regime durch" Halb-integer 'Übergänge aus beobachtet ", Budakian bemerkte," die könnten durch die Existenz von Halb-Quanten-Wirbel in SRO erklärt werden. "

Neben dem Fortschritt in grundlegenden wissenschaftlichen Verständnis, dass Budakian Arbeit bietet, kann das Experiment ein wichtiger Schritt zur Realisierung eines sogenannten "topologischen" Quantencomputer sein, wie Leggett angespielt.

Im Gegensatz zu einem klassischen Computer, die Informationen kodiert als Bits, deren Werte entweder 0 oder 1 ist, würde ein Quantencomputer auf der Interaktion zwischen zwei Ebenen Quanten-Systemen (zB die Spins der Elektronen, gefangenen Ionen, oder Ströme in supraleitenden Schaltkreisen) zu verlassen codieren und zu verarbeiten. Die massive Parallelität innewohnt quantal zeitliche Entwicklung wäre eine schnelle Lösung von Problemen, die derzeit unlösbar zu schaffen, erfordert große Mengen an Zeit in herkömmlichen, klassischen Maschinen.

Für eine funktionierende Quantencomputer, muss die Quantenbits oder "Qubits" stark miteinander gekoppelt werden, bleiben aber genug von zufälligen Fluktuationen der Umgebung, die die Informationen in der Quanten-Computer zu verfallen, ein Phänomen von Dekohärenz gespeichert Ursache isoliert. Derzeit groß angelegte, internationale Projekte im Gange, um Quantencomputer zu bauen, aber Dekohärenz bleibt das zentrale Problem für Real-World Quantencomputer.

Laut Leggett, "Ein ziemlich radikale Lösung der Dekohärenz Problem ist es, die Quanten-Informationsverarbeitung nichtlokal kodieren, das heißt, in der globalen topologischen Eigenschaften der betreffenden Staaten nur eine sehr eingeschränkte Klasse von physikalischen Systemen eignet sich für solche topologischen Quantencomputern. und SRO kann einer von ihnen sein, sofern bestimmte Voraussetzungen in sie erfüllt sind. Eine sehr wichtige solche Bedingung ist genau die Existenz von Halb-Quanten-Wirbel, wie durch die Budakian Experiment vorgeschlagen. "

Quelle: http://illinois.edu/

Last Update: 3. October 2011 09:02

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