Usando Métodos da Nanofabricação, os Pesquisadores Observam o Estado Exótico em Anéis do Óxido do Ruténio do Estrôncio

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

Um estado de redemoinho fracionário novo observado em um supercondutor não convencional pode oferecer o primeiro relance de um estado exótico de matéria previsto teòrica por mais de 30 anos.

Em um papel publicado na introdução do 14 de janeiro da Ciência, os físicos das Universidades de Illinois, conduzidos por Raffi Budakian, descrevem suas observações de um estado de redemoinho fracionário novo no óxido do ruténio do estrôncio (SRO). Tais estados podem fornecer a base para um formulário novo da computação de quantum em que informação do quantum é codificada nas propriedades topológicas de um sistema físico.

Esta é uma imagem da falso-cor de um modilhão do Si do único-cristal e de sua partícula anular anexada de SRO. Inserir: Imagem do microscópio de elétron da Exploração do SRO “anel” com uns 0,7 furos do diâmetro do ìm.

“Nós estivemos na fuga de um estado de matéria chamado um redemoinho de metade-quantum para mais de três anos,” disse Budakian. “Props Primeiramente nos anos 70 existir em helium-3 superfluid, um redemoinho de metade-quantum pode ser pensado como “de uma textura” que elevarasse da fase da rotação do parâmetro superconducting do pedido.”

O grupo de Budukian investigou o óxido do ruténio do estrôncio (SRO), um supercondutor não convencional que fosse propor como o analog de circuito integrado da Um-Fase de helium-3 superfluid. Usando métodos avançados da nanofabricação e as técnicas modilhão-baseadas exquisitely sensíveis da magnetometria desenvolvidos pelo grupo, os pesquisadores observaram flutuações minúsculas no magnetismo de anéis minúsculos de SRO.

Do “o óxido do ruténio Estrôncio é um material original e fascinante, e os vortices de metade-quantum que foram conjecturados para existir nele são particularmente interessantes,” disse Anthony J. Leggett, o John D. e Catherine T. MacArthur Professor e Centro para o Professor do Estudo Avançado da Física, que compartilhou do Prémio Nobel 2003 na Física para seu trabalho em helium-3 superfluid. “Acredita-se que estes vortices de metade-quantum em SRO podem fornecer a base para a computação de quantum topológica. Se este formulário novo da computação é realizado eventualmente, esta experiência estará considerada certamente como um marco miliário principal ao longo da estrada lá.”

Budakian é um professor adjunto da física e um investigador principal no Laboratório de Investigação dos Materiais de Frederick Seitz em Illinois. Cinco anos há, era instrumental em abrir caminho uma técnica, microscopia da força da ressonância magnética, para medir a força exercida em um modilhão do silicone da micrômetro-escala pela rotação de um único elétron em um material de maioria. E seu grupo têm adaptado agora suas medidas ultrasensitive do modilhão para observar o comportamento magnético de SRO.

Na experiência, os pesquisadores primeiramente fabricaram um anel mícron-feito sob medida de SRO e colaram-no à ponta do modilhão do silicone. Como pequenos são estes anéis? Cinqüênta deles caberiam através da largura de um cabelo humano. E as pontas dos modilhões são menos do ìm 2 largamente.

“Nós tomamos a aproximação da física alta-tensão a fazer estes anéis. Primeiramente nós quebra o SRO, e então nós peneiramos com o que é deixado,” dissemos Budakian.

Os pesquisadores primeiramente pulverizam os grandes cristais de SRO em fragmentos, escolhem um floco provavelmente mícron-feito sob medida, e furam um furo nele que usa um feixe focalizado de íons do gálio. A estrutura resultante, que olha como uma filhós microscópica, é colada no modilhão sensível do silicone e refrigerada então a 0,4 graus acima de zero absoluto.

“Posicionar o anel de SRO sobre o modilhão é um pouco como deixar cair uma grão de areia precisamente sobre uma grão de areia ligeira maior,” disse Budakian, “somente nossas “grões de areia” são muito menores.”

Budakian adicionou que esta técnica é tais anéis superconducting minúsculos tem sido fabricada a primeira vez em SRO.

Poder fazer estes anéis é crucial à experiência, de acordo com Budakian, porque o estado de redemoinho de metade-quantum não é esperado ser estável em estruturas maiores.

“Uma Vez Que nós temos o anel anexado ao modilhão, nós podemos aplicar campo magnèticos estáticos para mudar estado “do fluxoid o” do anel e detectar a correspondência muda na corrente de circulação. Além, nós aplicamos campo magnèticos tempo-dependentes para gerar um torque dinâmico no modilhão. Medindo a mudança da freqüência do modilhão, nós podemos determinar o momento magnético produzido pelas correntes que circulam o anel,” disse Budakian.

“Nós observamos transições entre estados do fluxoid do inteiro, assim como um regime caracterizado “pelo metade-inteiro” transições,” Budakian notou, “que poderia ser explicado pela existência de vortices de metade-quantum em SRO.”

Além do que o avanço na compreensão científica fundamental que o trabalho de Budakian fornece, a experiência pode ser uma etapa importante para a realização de um computador “topológico” assim chamado do quantum, como Leggett aludiu.

Ao Contrário de um computador clássico, que codificasse a informação como os bits cujos os valores são 0 ou 1, um computador do quantum confiaria na interacção entre os sistemas de quantum de dois níveis (por exemplo, as rotações dos elétrons, de íons prendidos, ou de correntes em circuitos superconducting) para codificar e informação de processo. O paralelismo maciço inerente na evolução quantal do tempo forneceria soluções rápidas aos problemas que são actualmente intratáveis, exigindo vastas quantidades de tempo em máquinas convencionais, clássicas.

Para um computador funcional do quantum, os bits ou os “qubits” do quantum devem fortemente ser acoplados entre si mas permanecido isolados suficientemente das flutuações ambientais aleatórias, que causam a informação armazenada no computador do quantum ao fenômeno da deterioração-um conhecido como o decoherence. Actualmente, os projectos em grande escala, internacionais são correntes construir computadores do quantum, mas o decoherence permanece o problema central para a computação do quantum do real-mundo.

De acordo com Leggett, “Uma solução um pouco radical ao problema do decoherence é codificar nonlocally a informação do quantum; isto é, nas propriedades topológicas globais dos estados na pergunta. Somente uma classe muito restrita de sistemas físicos é apropriada para tal computação de quantum topológica, e SRO pode ser um deles, contanto que determinadas circunstâncias são satisfeitas nele. Um muito importante tal circunstância é precisamente a existência de vortices de metade-quantum, como sugerido pela experiência de Budakian.”

Source: http://illinois.edu/

Last Update: 11. January 2012 12:27

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