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

JQIの科学者"スピン - 軌道カップリング技術は、量子コンピューティングの潜在的な応用例があります。

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

初めてとして知られている重要な量子現象を示すように原子のガスを発生させたために共同量子研究所(JQI)、国立標準技術研究所(NIST)とメリーランド大学カレッジパーク校の共同研究、物理学者が持っているスピン - 軌道カップリング。

彼らの手法は、基本的な物理学を勉強し、より良い理解のために新たな可能性を開き、量子コンピューティング、次世代の"スピントロニクス"デバイスおよび極低温原子から構築されても"atomtronic"デバイスへの応用を持っています。

約20万ルビジウム- 87原子(大こぶのように示される)の極低温ガスの原子は2つのエネルギーレベル(赤と青で表される)のいずれかを占有することができます。レーザーは、原子の動きの関数として、これらのレベルを一緒にリンクします。赤と青のエネルギーの状態で最初の原子で異なる地域(相分離)に彼らは別の、より高いレーザー強度では、同じ地域(混合相)を占める。

スピン - 軌道カップリングの研究者のデモでは、二つのレーザーは、原子の運動は、エネルギー状態のペアの間にそれを反転することができます。 Nature誌に発表された新しい作品は、粒子の2つの主要なクラスの一つを構成するボソン、で初めて、この効果を示しています。同じ手法が研究者によれば、フェルミ粒子、粒子の他の主要なクラスに適用することができる。フェルミ粒子の特殊な性質は、2粒子、たとえばトポロジカル量子計算として知られている量子コンピューティングの念願の形態を可能にするかもしれない新たな"P波"超伝導に導くそれらの間の相互作用の新しい種類の勉強に最適ですだ。

意外な展開で、チームはまた、レーザーは、原子が他のエネルギー状態の原子から空間に分離するために一つのエネルギー状態で互いに原因となった原子と相互作用する方法に変更することが発見されました。

量子物理学の最も重要な現象の一つは、スピン - 軌道カップリングには、粒子の内部プロパティと外部プロパティとの間で発生する可能性の相互作用について説明します。原子では、それは通常、原子内で発生する相互作用を説明:どのように原子の核の周りの電子の軌道(原子核)が電子の内部バー - 磁石のようなの向きに影響"スピンを。"ガリウムヒ素などの半導体材料では、スピン - 軌道カップリングは、材料中の電子のスピンとその直線運動との間の相互作用である。

"スピン - 軌道カップリングが頻繁に悪いものである、"JQIのイアンスピールマン、紙の年長の著者だ。 "研究者は、ガリウム砒素の"スピントロニクス"デバイス出力を行い、あなたには、いくつかの所望の方向にスピンを準備した場合、あなたはそれがやりたい最後の点は、それが動いている時にいくつかの他のスピンに反転することです。"

"しかし、基本的な物理学の観点から、スピン - 軌道カップリングは本当に面白いです、"と彼は言った。 "これはと呼ばれる材料のこれらの新しい種類の原動力とです"トポロジカル絶縁体を。""

フローへの電子の能力は、それらが材料内に配置されている場所によって異なります:現在物理学のホットな話題の1つ、トポロジカル絶縁体はすべてのものである場所に特別な材料である。そのような材料のほとんどの地域では絶縁されており、電流が自由に流れるわけではありません。しかし、平面的な2次元トポロジカル絶縁体で、現在はつのスピンの種類、およびスピンの反対の種類の反対方向に一方向に縁に沿って自由に流れることができます。 3次元トポロジカル絶縁体では、電子は、表面上を自由に流れるだろうが、材料の内部に阻害される。研究者は固体中の物質のこの特別なクラスの高い、高品質のバージョンを作り続けているが、原子のトラップ極低温気体におけるスピン - 軌道カップリングは、ガスが不純物原子の自由なので、彼らの純粋な、最も原始的な形でトポロジカル絶縁体の実現に役立つとができる固体材料の他の複雑さ。

通常、原子は、ガリウムヒ素結晶中の電子の展示など、スピン - 軌道カップリングの同じ種類を示していない。個々の原子はその内部のコンポーネント(電子と原子核)との間で起こって独自のスピン - 軌道カップリングを持っているが、原子の全体的な動きは、一般的にその内部のエネルギー状態によって影響を受けません。

Last Update: 9. October 2011 04:18

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