Usando Métodos de la Nanofabricación, los Investigadores Observan el Estado Exótico en Anillos del Óxido del Rutenio del Estroncio

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

Un nuevo estado de vórtice fraccionario observado en un superconductor poco convencional puede ofrecer la primera ojeada de declaraciones exóticas previstas teóricamente por más de 30 años.

En un papel publicado en la aplicación del 14 de enero la Ciencia, los físicos de la Universidad de Illinois, llevados por Raffi Budakian, describen sus observaciones de un nuevo estado de vórtice fraccionario en óxido del rutenio del estroncio (SRO). Tales estados pueden proporcionar a la base para un formulario nuevo de calcular de quantum en qué información del quantum se codifica en las propiedades topológicas de un sistema físico.

Ésta es una imagen del falso-color de un Si monocristal voladizo y de su partícula anular asociada de SRO. Inserción: Imagen del microscopio electrónico de Exploración del SRO “anillo” con 0,7 agujeros del diámetro del ìm.

“Hemos estado en el mástil de declaraciones llamadas un vórtice del mitad-quantum para más de tres años,” dijo a Budakian. “Primero propuso en los años 70 existir en helium-3 superfluido, un vórtice del mitad-quantum puede ser pensado en como “textura” que se presenta a partir de la fase de la barrena del parámetro superconductor de la orden.”

El grupo de Budukian investigó el óxido del rutenio del estroncio (SRO), un superconductor poco convencional que se ha propuesto como el análogo de estado sólido de la Uno-Fase de helium-3 superfluido. Usando métodos avanzados de la nanofabricación y técnicas voladizo-basadas exquisitamente sensibles de la magnetometría desarrollados por el grupo, los investigadores observaron fluctuaciones minuciosas en el magnetismo de anillos minúsculos de SRO.

“El óxido del rutenio del Estroncio es un material único y fascinador, y los vórtices del mitad-quantum que se han conjeturado para existir en él son determinado interesantes,” dijo Anthony J. Leggett, el Juan D. y a Catherine T. MacArthur Profesor y Centro para el Profesor del Estudio Avanzado de la Física, que compartió el Premio Nobel 2003 En la Física para su trabajo sobre helium-3 superfluido. “Se cree que estos vórtices del mitad-quantum en SRO pueden proporcionar a la base para calcular de quantum topológico. Si este formulario nuevo de calcular se observa eventual, este experimento será considerado ciertamente como piedra miliaria importante a lo largo del camino allí.”

Budakian es profesor adjunto de la física e investigador principal en el Laboratorio de Investigación de los Materiales de Frederick Seitz en Illinois. Hace Cinco años, él era instrumental en la promoción de una técnica, microscopia de resonancia magnética de la fuerza, para medir la fuerza ejercida en un voladizo del silicio de la micrómetro-escala por la barrena de un único electrón en un material a granel. Él y su grupo ahora han adaptado sus mediciones voladizas ultrasensibles para observar el comportamiento magnético de SRO.

En el experimento, los investigadores primero fabricaron un anillo micrón-clasificado de SRO y lo pegaron a la punta del voladizo del silicio. ¿Cómo pequeños son estos anillos? Cincuenta de ellos ajustarían a través del ancho de un cabello humano. Y las puntas de los voladizos son menos del ìm 2 de par en par.

“Llevamos la aproximación de la física de altas energías la fabricación de estos anillos. Primero choque el SRO, y entonces tamizamos con se deja qué,” dijimos a Budakian.

Los investigadores primero pulverizan los cristales grandes de SRO en fragmentos, eligen un copo probablemente micrón-clasificado, y perforan un agujero en él usando un haz enfocado de los iones del galio. La estructura resultante, que parece un buñuelo microscópico, se pega sobre el silicio sensible voladizo y después se enfría a 0,4 grados encima de cero absoluto.

La “Colocación del anillo de SRO en el voladizo es un poco como la caída de un grano de arena exacto encima de un grano de la arena ligeramente más grande,” dijo a Budakian, “solamente nuestros “granos de la arena” son mucho más pequeños.”

Budakian agregó que esta técnica es tales anillos superconductores minúsculos se ha fabricado la primera vez en SRO.

El Poder hacer estos anillos es crucial al experimento, según Budakian, porque no se prevee que el estado de vórtice del mitad-quantum sea estable en estructuras más grandes.

“Una Vez Que tenemos el anillo asociado al voladizo, podemos aplicar campos magnéticos estáticos para cambiar “estado del fluxoid el” del anillo y detectar la correspondencia cambia en la corriente de circulación. Además, aplicamos campos magnéticos dependientes del tiempo para generar una torque dinámica en el voladizo. Midiendo el cambio de la frecuencia del voladizo, podemos determinar el momento magnético producido por las corrientes que circulan el anillo,” dijo a Budakian.

“Hemos observado transiciones entre los estados del fluxoid del número entero, así como un régimen caracterizado por “el mitad-número entero” transiciones,” Budakian observó, “que podría ser explicado por la existencia de los vórtices del mitad-quantum en SRO.”

Además del avance en la comprensión científica fundamental que el trabajo de Budakian proporciona, el experimento puede ser un paso de progresión importante hacia la realización de un supuesto ordenador “topológico” del quantum, como refirió Leggett.

A Diferencia de un ordenador clásico, que codifica la información como dígitos binarios cuyos valores sean 0 o 1, un ordenador del quantum confiaría en la acción recíproca entre los sistemas de quantum de dos niveles (e.g., las barrenas de electrones, de iones atrapados, o de corrientes en circuitos superconductores) para codificar y la información de proceso. El paralelismo masivo inherente en la evolución cuántica del tiempo proporcionaría a soluciones rápidas a los problemas que son actualmente insuperables, requiriendo granes cantidades de tiempo en máquinas convencionales, clásicas.

Para un ordenador funcional del quantum, los dígitos binarios o los “qubits” del quantum deben ser acoplados fuertemente el uno al otro sino seguir aislados suficientemente de las fluctuaciones ambientales al azar, que causan la información salvada en el ordenador del quantum al fenómeno de la extinción-uno conocido como decoherence. Actualmente, los proyectos en grande, internacionales están en curso construir los ordenadores del quantum, pero el decoherence sigue siendo el problema central para el cómputo del mundo real del quantum.

Según Leggett, “Una solución bastante radical al problema del decoherence es codificar la información del quantum nonlocally; es decir, en las propiedades topológicas globales de los estados en la pregunta. Solamente una clase muy reservada de sistemas físicos es apropiada para tal calcular de quantum topológico, y SRO puede ser uno de ellos, a condición de que ciertas condiciones se satisfacen en él. Uno muy importante tal condición es exacto la existencia de los vórtices del mitad-quantum, según lo sugerido por el experimento de Budakian.”

Fuente: http://illinois.edu/

Last Update: 11. January 2012 12:31

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