Menggunakan Metode Nanofabrication, peneliti Amati Negara Eksotis di Cincin Oksida Strontium Rutenium

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

Sebuah negara baru pecahan pusaran diamati dalam superkonduktor tidak konvensional dapat menawarkan sekilas pertama dari sebuah negara eksotis materi diperkirakan secara teoritis selama lebih dari 30 tahun.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam edisi 14 Januari Science, University of Illinois fisikawan, yang dipimpin oleh Raffi Budakian, menjelaskan pengamatan mereka dari negara pusaran baru pecahan di strontium oksida ruthenium (SRO). Negara tersebut dapat memberikan dasar untuk bentuk baru dari komputasi kuantum di mana informasi kuantum dikodekan dalam sifat-sifat topologi dari sebuah sistem fisik.

Ini adalah gambar palsu-warna kantilever Si kristal tunggal dan partikel yang melekat annular nya SRO. Inset: Scanning gambar mikroskop elektron dari "cincin" SRO dengan lubang berdiameter 0,7-Im.

"Kami sudah pada jejak keadaan materi yang disebut pusaran setengah-kuantum selama lebih dari tiga tahun," kata Budakian. "Pertama diusulkan pada tahun 1970 ada di superfluida helium-3, pusaran setengah-kuantum dapat dianggap sebagai 'tekstur' yang timbul dari tahap spin dari urutan parameter superkonduktor."

Kelompok Budukian menyelidiki oksida strontium rutenium (SRO), sebuah superkonduktor konvensional yang telah diusulkan sebagai analog solid-state dari fase A-dari superfluida helium-3. Menggunakan metode nanofabrication negara-of-the-art dan sangat peka kantilever berbasis teknik magnetometry dikembangkan oleh kelompok, para peneliti mengamati fluktuasi menit dalam magnet dari cincin kecil SRO.

"Strontium rutenium oksida adalah materi yang unik dan menarik, dan setengah-kuantum vortisitas yang telah menduga ada di dalamnya sangat menarik," kata Anthony J. Leggett, John D. dan Catherine T. MacArthur Profesor dan Pusat Lanjutan Studi Profesor Fisika, yang berbagi 2003 Penghargaan Nobel dalam Fisika untuk karyanya pada superfluida helium-3. "Hal ini diyakini bahwa setengah-kuantum vortisitas di SRO dapat memberikan dasar untuk komputasi kuantum topologi Jika bentuk novel komputasi akhirnya menyadari, percobaan ini tentu akan dipandang sebagai tonggak utama di sepanjang jalan di sana.."

Budakian adalah asisten profesor fisika dan seorang peneliti utama di Frederick Seitz Bahan Laboratorium Penelitian di Illinois. Lima tahun lalu, ia berperan dalam merintis teknik, mikroskop gaya magnet resonansi, untuk mengukur gaya yang bekerja pada sebuah kantilever silikon skala mikrometer dengan spin elektron tunggal dalam bahan massal. Dia dan kelompoknya telah sekarang diadaptasi pengukuran ultrasensitif mereka kantilever untuk mengamati perilaku magnetik SRO.

Dalam percobaan, para peneliti pertama dibuat cincin berukuran mikron dari SRO dan menempelkannya ke ujung kantilever silikon. Bagaimana kecil cincin ini? Lima puluh dari mereka akan pas di lebar rambut manusia. Dan ujung cantilevers kurang dari 2 Im lebar.

"Kami mengambil pendekatan fisika energi-tinggi untuk membuat cincin ini. Pertama kita menghancurkan SRO, dan kemudian kita menyaring apa yang tersisa," kata Budakian.

Para peneliti pertama menghancurleburkan kristal besar SRO menjadi fragmen, memilih serpihan berukuran mikron mungkin, dan mengebor sebuah lubang di dalamnya menggunakan sinar terfokus ion gallium. Struktur yang dihasilkan, yang terlihat seperti donat mikroskopis, yang menempel ke kantilever silikon sensitif dan kemudian didinginkan sampai 0,4 derajat di atas nol mutlak.

"Posisi cincin SRO pada kantilever ini sedikit seperti menjatuhkan satu butir pasir tepat di atas sebutir pasir sedikit lebih besar," kata Budakian, "hanya kami butiran pasir 'yang jauh lebih kecil."

Budakian menambahkan bahwa teknik ini adalah pertama kalinya seperti cincin superkonduktor kecil telah dibuat dalam SRO.

Mampu membuat cincin ini sangat penting untuk percobaan, menurut Budakian, karena negara pusaran setengah kuantum tidak diharapkan untuk menjadi stabil dalam struktur yang lebih besar.

"Setelah kita memiliki cincin melekat pada kantilever, kita dapat menerapkan medan magnet statis untuk mengubah 'fluxoid' keadaan cincin dan mendeteksi perubahan yang sesuai pada saat ini beredar. Selain itu, kami menerapkan tergantung waktu medan magnet untuk menghasilkan torsi dinamis pada kantilever tersebut. Dengan mengukur perubahan frekuensi kantilever, kita dapat menentukan momen magnet yang dihasilkan oleh arus beredar cincin itu, "kata Budakian.

"Kami telah mengamati transisi antara negara fluxoid bulat, serta sebuah rezim yang ditandai dengan 'setengah-integer' transisi," kata Budakian, "yang dapat dijelaskan oleh adanya setengah-kuantum vortisitas di SRO."

Selain kemajuan dalam pemahaman ilmiah mendasar yang bekerja Budakian menyediakan, percobaan mungkin merupakan langkah penting menuju realisasi dari apa yang disebut komputer "topologi" kuantum, seperti disinggung Leggett.

Tidak seperti komputer klasik, yang mengkode informasi sebagai bit yang nilainya 0 atau 1, sebuah komputer kuantum akan bergantung pada interaksi antara dua-tingkat sistem kuantum (misalnya, spin elektron, ion terjebak, atau arus di sirkuit superkonduktor) untuk mengkodekan dan memproses informasi. Paralelisme masif yang melekat dalam evolusi waktu quantal akan memberikan solusi yang cepat untuk masalah yang saat ini terselesaikan, membutuhkan sejumlah besar waktu di konvensional, mesin klasik.

Untuk komputer kuantum fungsional, bit kuantum atau "qubit" harus kuat digabungkan satu sama lain, tetapi tetap cukup terisolasi dari fluktuasi lingkungan acak, yang menyebabkan informasi yang tersimpan di komputer kuantum untuk pembusukan-fenomena yang dikenal sebagai decoherence. Saat ini, skala besar, proyek-proyek internasional sedang berlangsung untuk membangun komputer kuantum, namun tetap decoherence masalah pusat untuk dunia nyata perhitungan kuantum.

Menurut Leggett, "Sebuah solusi yang agak radikal untuk masalah decoherence adalah untuk menyandikan informasi kuantum nonlocally, yaitu, dalam sifat topologi global negara-negara yang bersangkutan Hanya kelas sangat terbatas sistem fisik yang sesuai untuk komputasi kuantum seperti topologi. , dan SRO mungkin salah satu dari mereka, asalkan kondisi tertentu terpenuhi di dalamnya Salah satu kondisi seperti yang sangat penting adalah justru keberadaan kuantum setengah vortisitas, seperti yang disarankan oleh eksperimen Budakian.. "

Sumber: 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