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使用纳米加工方法,研究人员观察锶氧化钌戒指的异国情调的国家

Published on January 14, 2011 at 3:16 AM

可能会提供一种非常规超导体中观察到的一个新的分数涡环状态的第一次看到一个外来物质的状态,从理论上预测为30年以上。

伊利诺伊州大学的物理学家,Raffi Budakian领导,在1月14日的“科学”杂志上发表了一篇论文,描述了一个新的氧化钌酸锶(SRO)的小数涡环状态的意见。这样的国家可能提供了一个形式新颖的量子计算量子信息编码在一个物理系统的拓扑性质的基础。

这是一个单一的晶体硅悬臂及其连接的环形SRO粒子的假彩色图像。插图:扫描电子显微镜图像与孔直径0.7 - IM SRO“环”。

“我们被称为涡超过三年半量子状态的物质的踪迹,说:”Budakian。 “在20世纪70年代首次提出在超流氦-3存在,一个半量子涡旋可以被认为是作为一个”质感“的超导序参量的自旋阶段产生的。”

Budukian的研究小组调查锶钌氧化物(SRO),超流氦-3的A相固态模拟已提出的一种非常规超导体。使用国家最先进的纳米加工方法和极其敏感的悬臂由本集团开发的基于磁强技术,研究人员观察到,在SRO的小环的磁分钟的波动。

“锶氧化钌是一个独特而迷人的材料,并已推测在它存在的旋涡半量子特别有趣,说:”安东尼莱格特,约翰D.和Catherine T. MacArthur教授和高级中心研究物理学教​​授,分享他的工作在超流氦3的2003年诺贝尔物理学奖。 “这是认为,在SRO这些半量子涡可能提供的拓扑量子计算的基础上,如果这种计算小说的形式最终实现,这个实验将沿道路的一个重要里程碑肯定会看到有。”

Budakian是物理学的一个助理教授,在伊利诺伊州的弗雷德里克塞茨材料研究实验室的首席研究员。五年前,他开拓的技术,磁共振力显微镜,来衡量一个微米尺度的硅悬臂施加一个在散装物料的单电子自旋的力量。他和他的研究小组现在已经适应了他们的超灵敏的悬臂测量观察SRO磁行为。

在实验中,研究人员首先制造的SRO微米大小的环形,它粘到硅悬臂尖端。这些戒指的小如何呢?其中五十适合整个人类头发的宽度。悬臂的秘诀是宽小于2微米。

“我们的高能量物理的方法使这些戒指。,首先,我们粉碎了SRO,然后我们筛选剩下的,说:”Budakian。

研究人员首先SRO的大晶体粉碎成片段,选择一个可能的微米大小的片状,和使用镓离子聚焦光束钻一个洞。由此产生的结构,它看起来像一个微小的甜甜圈,是粘到敏感的硅悬臂,然后冷却到绝对零度以上0.4度。

“定位SRO环悬臂下降上盖沙子稍大的粮食一粒沙子,正是有点像,”Budakian说,“只有我们的”沙粒“要小得多。”

Budakian补充说,这种技术是第一次如此微小超导环已在SRO编造。

能够使这些戒指是至关重要的实验,根据Budakian,因为半量子涡环状态是不预计将稳定在较大的结构。

“一旦我们悬臂环,我们可以申请改变”fluxoid“环状态的静磁场和检测中的循环电流的相应变化。此外,我们申请随时间变化的磁场产生悬臂式动态扭矩。通过测量频率变化的悬臂,我们可以判断循环环的电流所产生的磁矩,说:“Budakian。

“我们观察到整数fluxoid国家之间的转换,以及”半整数的转换为特征的制度,“Budakian指出,”这可以解释SRO半量子涡的存在。“

此外Budakian的工作提供基本的科学认识的进步,实验可能会朝着实现一个所谓的“拓扑”量子计算机的重要一步,莱格特提到。

不同于传统计算机,编码位的值是0或1的信息,量子计算机将依靠两个级别的量子系统(例如,自旋电子,被困离子,超导电路中的电流)之间的互动编码和处理信息的。大规模并行量子时间演变的内在将提供快速的解决方案,是目前棘手的问题,在传统的,古典的机器需要大量的时间。

对于功能的量子计算机,量子比特或“量子比特”,必须大力相互耦合,但保持足够的随机环境波动,这导致在衰变作为消相干现象称为量子计算机中存储的信息隔离。目前,大规模,国际项目正在兴建的量子计算机,但消相干仍然是对现实世界中的量子计算的核心问题。

据莱格特,“一个相当激进的解决方案,以消相干问题是到非局域量子信息编码,也就是说,在全球拓扑性质问题只有非常有限的一类是适合这种拓扑量子计算的物理系统。 SRO可能是其中之一,提供了在满足某些条件​​,其中很重要的这样的条件恰恰是半量子涡的存在,Budakian实验的建议。“

来源: http://illinois.edu/

Last Update: 9. October 2011 14:03

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