Utilizzo dei metodi di nanofabbricazione, ricercatori Osservare Stato esotici in stronzio Anelli ossido di rutenio

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

Un nuovo stato vortice frazionale osservata in un superconduttore convenzionale può offrire il primo assaggio di uno stato esotico della materia prevista teoricamente da oltre 30 anni.

In un articolo pubblicato sul numero del 14 gennaio di Science, University of Illinois fisici, guidato da Raffi Budakian, descrivono le loro osservazioni di un nuovo stato vortice frazionata in stronzio ossido di rutenio (OAD). Questi stati possono fornire le basi per una nuova forma di computazione quantistica, in cui è codificata l'informazione quantistica negli proprietà topologiche di un sistema fisico.

Si tratta di un falso-colore immagine di un singolo cristallo di silicio a sbalzo e dei suoi allegati particelle anulare SRO. Inset: la scansione elettronica dell'immagine, microscopio dell '"anello" SRO con un 0,7 ìm diametro del foro.

"Siamo stati sulle tracce di uno stato della materia chiamato un mezzo quantico vortex per più di tre anni", ha detto Budakian. "In primo luogo ha proposto nel 1970 di esistere nel superfluido elio-3, un mezzo vortice quantistica può essere pensato come una 'struttura' che emerge dalla fase di rotazione del parametro d'ordine superconduttivo".

Gruppo Budukian è indagato stronzio ossido di rutenio (SRO), un superconduttore non convenzionale che è stato proposto come il solid-state analogica di una fase di superfluido elio-3. Utilizzando state-of-the-art metodi di nanofabbricazione e squisitamente sensibile tecniche di magnetometria a sbalzo-based sviluppato dal gruppo, i ricercatori hanno osservato fluttuazioni minuto nel magnetismo di piccoli anelli di SRO.

"Lo stronzio ossido di rutenio è un materiale unico e affascinante, e la mezza quantistica vortici che hanno ipotizzato l'esistenza in esso sono particolarmente interessanti," ha detto Anthony J. Leggett, il John D. e Catherine T. MacArthur Professore e Center for Advanced Professore di Fisica studio, che ha condiviso il premio Nobel 2003 per la Fisica per il suo lavoro superfluido elio-3. "Si ritiene che questi semi-quantistica vortici in SRO può costituire la base per la computazione quantistica topologica. Se questa nuova forma di computing è finalmente realizzato, questo esperimento sarà certamente essere visto come una pietra miliare lungo la strada lì".

Budakian è assistente professore di fisica e ricercatore principale nella Frederick Seitz Materials Research Laboratory in Illinois. Cinque anni fa, è stato determinante in una tecnica pionieristica, microscopia a forza di risonanza magnetica, per misurare la forza esercitata su un micrometro scala a sbalzo silicio dallo spin di un singolo elettrone in un materiale alla rinfusa. Lui e il suo gruppo hanno adattato le loro misurazioni ultrasensibili a sbalzo di osservare il comportamento magnetico di SRO.

Nell'esperimento, i ricercatori hanno prima inventato un micron di dimensioni anello di SRO e incollato alla punta del cantilever in silicio. Quanto piccolo sono questi anelli? Cinquanta di loro si adatterebbe per tutta la larghezza di un capello umano. E le punte del cantilever sono meno di 2 ìm di larghezza.

"Prendiamo ad alta energia fisica approccio per rendere questi anelli. Per prima cosa rompere il SRO, e poi vagliare ciò che resta", ha detto Budakian.

I ricercatori hanno prima polverizzare i grossi cristalli di SRO in frammenti, scegliere un probabile micron di dimensioni fiocco, e praticare un foro in esso utilizzando un fascio focalizzato di ioni gallio. La struttura risultante, che assomiglia ad un microscopico ciambella, è incollata sul cantilever in silicio sensibile e quindi raffreddata a 0,4 gradi sopra lo zero assoluto.

"Posizionamento l'anello SRO sul cantilever è un po 'come far cadere un granello di sabbia proprio in cima a una grana leggermente più grande di sabbia", ha detto Budakian, "solo il nostro' granelli di sabbia 'sono molto più piccole."

Budakian ha aggiunto che questa tecnica è la prima volta che piccoli anelli superconduttori sono stati fabbricati in SRO.

Essere in grado di rendere questi anelli è cruciale per l'esperimento, secondo Budakian, perché la mezza stato quantico vortice non dovrebbe essere stabile in strutture più grandi.

"Una volta che abbiamo l'anello attaccato al cantilever, possiamo applicare campi magnetici statici per modificare lo stato 'fluxoid' del ring e di rilevare i cambiamenti corrispondenti nel corrente circolante. Inoltre, si applica campi magnetici dipendenti dal tempo per generare un coppia dinamica del cantilever. Misurando la variazione di frequenza del cantilever, possiamo determinare il momento magnetico prodotto da correnti circolanti sul ring ", ha detto Budakian.

"Abbiamo osservato le transizioni tra gli stati fluxoid intero, così come un regime caratterizzato da 'semi-intero' transizioni," Budakian osservato, "che potrebbe essere spiegata con l'esistenza di mezza quantistica vortici in SRO".

Last Update: 24. October 2011 12:54

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