Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

Använda Nanotekniklaboratoriet Metoder, Forskare Observera Exotic stat Strontium Ruthenium Oxide Ringar

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

En ny fraktionerad virvel tillstånd observerades i en okonventionell supraledare kan erbjuda den första glimt av en exotisk tillstånd av materia förutsägas teoretiskt mer än 30 år.

I en artikel publicerad i januarinumret 14 Utfärdande av Science, University of Illinois fysiker, ledda av Raffi Budakian, beskriva sina iakttagelser av en ny fraktionerad virvel stat i strontium rutenium oxid (SRO). Sådana stater kan utgöra grunden för en ny form av kvantberäkning där kvantinformation är kodad i den topologiska egenskaper hos ett fysiskt system.

Detta är ett falskt färgbild av en enda kristall Si fribärande och dess bifogade ringformiga SRO partikel. Infälld: Svepelektronmikroskop bild av SRO "ring" med en 0,7-im hålet.

"Vi har varit på jakt efter ett tillstånd av materia kallas en halv kvantum virvel i mer än tre år", säger Budakian. "Först föreslog på 1970-talet att existera i supraflytande helium-3, kan en halv-kvantum virvel ses som en" struktur "som uppstår från spinn fasen av supraledande ordning parametern."

Budukian grupp undersökt strontium rutenium oxid (SRO), en okonventionell supraledare som har föreslagits som solid-state analog av A-fasen av supraflytande helium-3. Använda state-of-the-art nanofabrikation metoder och utsökt känsliga konsol-baserad teknik magnetometri utvecklats av gruppen, observerade forskarna minut svängningar i magnetism av små ringar av SRO.

"Strontium rutenium oxid är ett unikt och fascinerande material, och den halv-kvantum virvlar som har gissade att existera i det är särskilt intressant", säger Anthony J. Leggett, John D. och Catherine T. MacArthur professor och Center for Advanced Studie professor i fysik, som delade 2003 års Nobelpris i fysik för sitt arbete supraflytande helium-3. "Man tror att dessa halv-quantum virvlar i SRO kan utgöra grunden för topologiska kvantdatorer. Om denna nya form av datorer så småningom realiseras, kommer detta experiment säkerligen ses som en viktig milstolpe på vägen dit."

Budakian är biträdande professor i fysik och en ansvarige forskaren i Frederick Seitz Materials Research Laboratory i Illinois. För fem år sedan var han bidragit till banbrytande en teknik, magnetisk resonans kraft mikroskopi, för att mäta den kraft som verkar på en mikrometer skala kisel fribärande av spinn av en enda elektron i ett bulkmaterial. Han och hans grupp har nu anpassat sina ultrakänslig grenställ mätningar för att observera den magnetiska beteende SRO.

I experimentet har forskarna tillverkat först en micron stora ring av SRO och limmade den till toppen av kisel fribärande. Hur liten är dessa ringar? Femtio av dem skulle passa över bredden på ett mänskligt hårstrå. Och tips av utliggare är mindre än 2 ìm breda.

"Vi tar högenergifysik sätt att göra dessa ringar. Först ska vi krossa SRO, och då kommer vi gå igenom vad som finns kvar", sa Budakian.

Det forskarna först pulverisera den stora kristaller av SRO i fragment, välj en sannolikt micron stora flingor, och borra ett hål i den med hjälp av en fokuserad stråle av gallium joner. Den resulterande strukturen, som ser ut som en mikroskopisk munk, är fastklistrad på den känsliga kisel fribärande och sedan kyls ned till 0,4 grader över absoluta nollpunkten.

"Placering av SRO ringen på cantilever är lite som att släppa ett sandkorn just på toppen av en något större sandkorn," sade Budakian, "bara vår" sandkorn "är mycket mindre."

Budakian tillade att denna teknik är första gången en sådan liten supraledande ringar har tillverkats i SRO.

Att kunna göra dessa ringar är avgörande för experimentet, enligt Budakian, eftersom halva kvantmekaniska virvel stat inte förväntas vara stabil i större strukturer.

"När vi har ringen bifogas fribärande, kan vi tillämpa statiska magnetfält för att ändra" fluxoid "tillstånd ringen och upptäcka motsvarande förändringar i cirkulerande strömmen. Dessutom tillämpar vi tidsberoende magnetfält för att skapa en dynamiskt vridmoment på fribärande. Genom att mäta frekvensen förändringen av cantilever kan vi fastställa den magnetiska moment som produceras av ström som cirkulerar ringen ", sa Budakian.

"Vi har observerats övergångar mellan heltal fluxoid stater, liksom en regim som kännetecknas av" halva heltal "övergångar" Budakian noterade, "vilket skulle kunna förklaras av att det finns halv-quantum virvlar i SRO."

Last Update: 11. October 2011 23:14

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