Gebruikend de Methodes van de Nanofabricatie, Nemen de Onderzoekers Exotische Staat in de Ringen van het Oxyde van het Ruthenium van het Strontium waar

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

Een nieuwe verwaarloosbare draaikolkstaat die in een onconventionele suprageleider wordt waargenomen kan de eerste glimp van een exotische stand van zaken aanbieden die theoretisch meer dan 30 jaar wordt voorspeld.

In een document dat in de 14 kwestie van Januari van Wetenschap wordt gepubliceerd, Universiteit van de fysici van Illinois, beschrijft die door Raffi Budakian wordt de geleid, hun observaties van een nieuwe verwaarloosbare draaikolkstaat in het oxyde van het strontiumruthenium (SRO). Dergelijke staten kunnen de basis voor een nieuwe vorm vormen van quantum gegevensverwerking waarin de quantuminformatie in de topologische eigenschappen van een fysiek systeem wordt gecodeerd.

Dit is een vals-kleurenbeeld van een single-crystal cantilever van Si en zijn ringvormig deeltje SRO in bijlage. Bijvoegsel: De elektronenmicroscoopbeeld van het Aftasten van SRO „ring“ met een 0.7 ìm diametergat.

„Wij zijn op de sleep van een stand van zaken genoemd een helft-quantumdraaikolk meer dan drie jaar,“ bovengenoemde Budakian geweest. „Eerst voorgesteld in de jaren '70 om in superfluid helium-3 te bestaan, kan een helft-quantumdraaikolk van als een „textuur“ worden gedacht die van de rotatiefase van de supergeleidende ordeparameter.“ het gevolg is

Groep van Budukian onderzocht het oxyde van het strontiumruthenium (SRO), een onconventionele suprageleider die als analogon in vaste toestand van de a-Fase van superfluid helium-3 is voorgesteld. Gebruikend de methodes van de overzichtsnanofabricatie en exquisitely gevoelige op cantilever-gebaseerde magnetometry technieken die door de groep worden ontwikkeld, namen de onderzoekers minieme schommelingen in het magnetisme van uiterst kleine ringen van SRO waar.

„Het het rutheniumoxyde van het Strontium is een uniek en fascinerend materiaal, en de helft-quantumdraaikolken die om daarin zijn gegist te bestaan zijn bijzonder interessante,“ bovengenoemde Anthony J. Leggett, John D. en Catherine T. MacArthur Professor en Centrum voor de Gevorderde Professor van de Studie van Fysica, die de Nobelprijs van 2003 in Fysica voor zijn werk aangaande superfluid helium-3 deelde. „Men gelooft dat deze helft-quantumdraaikolken in SRO de basis voor topologische quantum gegevensverwerking kunnen vormen. Als deze nieuwe vorm van gegevensverwerking uiteindelijk wordt gerealiseerd, zal dit experiment zeker daar gezien worden als belangrijke mijlpaal langs de weg.“

Budakian is een hulpprofessor van fysica en een belangrijkste onderzoeker in het Laboratorium van het Onderzoek van de Materialen van Frederick Seitz in Illinois. Vijf jaar geleden, was hij instrumentaal in het de weg bereiden van een techniek, de microscopie van de magnetische resonantiekracht, om de kracht te meten die op een micrometer-schaal siliciumcantilever door de rotatie van één enkel elektron in een bulkmateriaal wordt uitgeoefend. Hij en zijn groep hebben nu hun ultrasensitive cantilevermetingen aangepast om het magnetische gedrag van SRO waar te nemen.

In het experiment, vervaardigden de onderzoekers eerst een micron-gerangschikte ring van SRO en lijmden het aan het uiteinde van de siliciumcantilever. Hoe klein zijn deze ringen? Vijftig van hen zouden over de breedte van een menselijk haar passen. En de uiteinden van de cantilevers zijn minder dan wijd 2 ìm.

„Wij kiezen de high-energy fysicabenadering van het maken van deze ringen. Eerst breken wij SRO, en dan ziften wij door wat,“ bovengenoemde Budakian wordt verlaten.

De onderzoekers verpulveren de grote kristallen van SRO in fragmenten, kiezen eerst een waarschijnlijke micron-gerangschikte vlok, en boren een gat daarin gebruikend een geconcentreerde straal van galliumionen. De resulterende structuur, die als een microscopische doughnut kijkt, is gelijmd op de gevoelige siliciumcantilever en dan gekoeld aan 0.4 graden boven absolute nul.

„Het Plaatsen van de ring SRO op de cantilever is een bit als precies het laten vallen van één korrel van zand boven op een lichtjes grotere korrel van zand,“ bovengenoemde Budakian, „slechts zijn onze „korrels van zand“ veel kleiner.“

Budakian voegde toe dat deze techniek de eerste keer is dergelijke uiterst kleine supergeleidende ringen in SRO zijn vervaardigd.

Kunnen deze ringen maken is essentieel voor het experiment, volgens Budakian, omdat de helft-quantumdraaikolkstaat niet om in grotere structuren stabiel wordt verwacht te zijn.

„Zodra wij de ring in bijlage aan de cantilever hebben, kunnen wij statische magnetisch velden toepassen om de „fluxoid“ staat van de ring te veranderen en de overeenkomstige veranderingen in de doorgevende stroom te ontdekken. Bovendien passen wij time-dependent magnetisch velden toe om een dynamische torsie op de cantilever te produceren. Door de frequentieverandering van de cantilever te meten, kunnen wij het magnetische ogenblik bepalen dat door de stromen wordt veroorzaakt die de ring doorgeven,“ bovengenoemde Budakian.

„Wij hebben overgangen tussen de staten van geheelfluxoid, evenals een regime waargenomen dat door „helft-geheel“ overgangen wordt gekenmerkt,“ genoteerde Budakian, „die door het bestaan van helft-quantumdraaikolken in SRO zou kunnen worden verklaard.“

Naast de vooruitgang in fundamenteel wetenschappelijk begrip dat het werk van Budakian verstrekt, kan het experiment een belangrijke stap zijn naar de totstandbrenging van een zogenaamde „topologische“ quantumcomputer, aangezien Leggett zinspeelde.

In Tegenstelling Tot een klassieke computer, die informatie als bits codeert de waarvan waarden of 0 of 1 zijn, zou een quantumcomputer zich op de interactie onder quantumsystemen op twee niveaus (b.v., de rotaties van elektronen, opgesloten ionen, of stromen in supergeleidende kringen) baseren om informatie te coderen en te verwerken. Het massieve parallellisme inherent aan quantal tijdevolutie zou snelle oplossingen aan problemen verstrekken die momenteel hardnekkig zijn, vereisend enorme hoeveelheden tijd in conventionele, klassieke machines.

Voor een functionele quantumcomputer, moeten de quantumbits of „qubits“ sterk aan elkaar worden gekoppeld maar blijven voldoende geïsoleerd van willekeurige milieuschommelingen, die de informatie veroorzaken die in de quantumcomputer aan een bederf-fenomeen wordt opgeslagen dat als decoherence wordt bekend. Momenteel, projecten op grote schaal, zijn de internationale aan de gang om quantumcomputers te construeren, maar decoherence blijft het centrale probleem voor real-world quantumberekening.

Volgens Leggett, een „eerder radicale oplossing voor het decoherenceprobleem is de quantuminformatie nonlocally te coderen; namelijk in de globale topologische eigenschappen van de staten in kwestie. Slechts is een zeer beperkte klasse van fysieke systemen aangewezen voor dergelijke topologische quantum gegevensverwerking, en SRO kan één van hen zijn, op voorwaarde dat bepaalde voorwaarden daarin worden vervuld. Zeer belangrijke Één dergelijke voorwaarde is precies het bestaan van helft-quantumdraaikolken, zoals voorgesteld door het experiment Budakian.“

Bron: http://illinois.edu/

Last Update: 11. January 2012 12:10

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