Ang JQI siyentipiko 'na iikot-orbit pagkabit pamamaraan May Potensyal na Application sa kabuuan computing

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

Physicists sa joint kabuuan Institute (JQI), isang pakikipagtulungan ng Pambansang Institute ng mga Pamantayan at Teknolohiya (NIST) at ang University of Maryland-College Park, sa unang pagkakataon sanhi ng isang gas ng mga atoms sa eksibisyon ng isang mahalagang palatandaan kabuuan na kilala bilang iikot-orbit pagkabit.

Kanilang pamamaraan ay bubukas ang mga bagong posibilidad para sa pag-aaral at mas mahusay na-unawa pangunahing physics at ay may potensyal na mga aplikasyon sa kabuuan computing, ang mga kasunod na henerasyon "spintronics" aparato at kahit na "atomtronic" aparato na binuo mula sa ultracold mga atoms.

Sa isang ultracold gas ng halos 200,000 rubidiyum-87 atoms (ipinapakita bilang malaking humps) ng mga atoms ay maaaring maghawak ng isa sa dalawang mga antas ng enerhiya (kinakatawan bilang pula at bughaw), lasers pagkatapos link ng magkasama ang mga antas na ito bilang isang katangian ng galaw ng mga atoms '. Sa unang mga atoms sa pula at asul na mga estado ng enerhiya sumakop sa parehong rehiyon (Phase Mixed), pagkatapos ay sa mas mataas na lakas laser, sila hiwalay sa iba't ibang mga rehiyon (Phase Separated).

Sa pagpapakita ng mga mananaliksik 'ng iikot-orbit pagkabit, dalawang lasers ay nagbibigay-daan sa paggalaw ng isang atom na sa paltik ito sa pagitan ng isang pares ng enerhiya estado. Ang bagong gawain, na inilathala sa Kalikasan, nagpapakita ang epekto sa unang pagkakataon sa bosons, kung saan gumawa ng up ng isa sa dalawang pangunahing klase ng particle. Ang parehong pamamaraan ay maipatupad sa fermions, ang iba pang mga pangunahing uri ng mga particle, ayon sa ang mga mananaliksik. Ang mga espesyal na katangian ng fermions ay gumawa ng mga ito mainam para sa pag-aaral ng mga bagong uri ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang particle-halimbawa sa mga na humahantong sa nobelang "p-wave" superconductivity, na maaaring paganahin ang isang pang-hinahangad na paraan ng computing sa kabuuan na kilala bilang topological kabuuan pagtutuos.

Sa isang hindi inaasahang development, koponan ay natuklasan na ang mga lasers mabago kung paano ang atoms interacted sa bawat isa at sanhi atoms sa isang enerhiya estado sa hiwalay sa puwang mula sa atoms sa iba pang mga enerhiya ng estado.

Isa sa mga pinakamahalagang mga phenomena sa kabuuan pisika, iikot-orbit pagkabit na naglalarawan sa pagtutulungan na maaaring maganap sa pagitan ng mga panloob na katangian ng isang tinga at panlabas na katangian nito. Sa atoms, karaniwang naglalarawan ng mga pakikipag-ugnayan na lamang nagaganap sa loob ng isang atom: kung paano ang orbit ng isang elektron sa paligid ng core ng isang atom (nucleus) ay nakakaapekto sa orientation ng mga panloob na ang mga elektron bar-magneto-tulad ng "iikot." Sa mga materyales semiconductor tulad ng galyum arsenide, iikot-orbit pagkabit ay isang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng iikot isang elektron at ang mga linear na paggalaw sa isang materyal.

"Iikot-pagkabit ng orbit ay madalas na isang masamang bagay," sabi JQI Ian Spielman, senior may-akda ng papel. "Gumawa ang mga mananaliksik 'spintronic' aparato ng galyum arsenide, at kung ikaw ay handa ng isang iikot sa ilang mga nais na orientation, ang huling bagay na gusto mo gusto ito sa gawin ay paltik sa ilang mga iba pang iikot kapag ito ay gumagalaw."

"Ngunit mula sa punto ng view ng pangunahing pisika, iikot-orbit pagkabit ay talagang kawili-wiling," siya sinabi. "Ito ay kung ano ang drive ang mga bagong uri ng mga materyales na tinatawag na 'topological insulators.'"

Isa ng ang hottest mga paksa sa physics ngayon, topological insulators mga espesyal na mga materyales na kung saan ang lokasyon ay ang lahat: ang kakayahan ng mga electron sa daloy ay depende sa kung saan sila ay matatagpuan sa loob ng materyal. Karamihan sa mga rehiyon ng naturang isang materyal ay insulating, at electric kasalukuyang ay hindi dumaloy malayang. Ngunit sa isang patag na, dalawang-dimensional topological insulator, kasalukuyang maaaring dumaloy malayang kasama ng gilid sa isa direksyon para sa isang uri ng magsulid, at ang kabaligtaran na direksyon para sa kabaligtaran uri ng iikot. Sa 3-D topological insulators, ang mga electron ay dumaloy malayang sa ibabaw ngunit maging inhibited sa loob ang materyal. Habang ang mga mananaliksik ay nagsasagawa ng mga mas mataas at mas mataas na mga bersyon ng kalidad ng mga ito espesyal na uri ng materyal na sa solids, ang magsulid-orbit ng pagkabit sa mga nakulong ultracold gas ng atoms ay maaaring makatulong na nauunawaan ng mga topological insulators sa kanilang purest, pinaka-malinis na form, tulad ng gas ay libre ng atoms karumihan at ang iba pang mga complexities ng mga solid na materyales.

Karaniwan, ang mga atoms hindi eksibit ang parehong uri ng magsulid-orbit pagkabit ng eksibisyon ng mga electron sa galyum-arsenide kristal. Habang ang bawat indibidwal na atom ay kanyang sariling magsulid-orbit pagkabit ng pagpunta sa pagitan nito panloob na mga bahagi (electron at nucleus), ang pangkalahatang paggalaw ng atom pangkalahatan ay hindi apektado sa pamamagitan ng panloob na enerhiya ng estado.

Ngunit ang mga mananaliksik ay magagawang upang baguhin iyon. Sa kanilang mga eksperimento, ang mga mananaliksik na nakulong at cooled ng gas ng tungkol sa 200,000 rubidiyum-87 atoms down sa 100 nanokelvins, 3 bilyong beses colder kaysa sa kuwarto temperatura. Ang mga mananaliksik ay pinili ng isang pares ng enerhiya estado, analogo sa "iikot-up" at "magsulid-down" estado ng isang elektron, mula sa magagamit na atomic antas ng enerhiya. Atom Isang maaaring sumakop alinman sa mga "pseudospin" estado. Pagkatapos mga mananaliksik shined ng isang pares ng lasers sa mga atoms upang baguhin ang relasyon sa pagitan ng enerhiya ang mga atom at nito momentum (nito bilis ng mga beses ng masa), at samakatuwid nito paggalaw. Ito ng iikot-orbit pagkabit sa atom: ang paglipat ng atom Binaligtad sa pagitan nitong dalawang "iikot" estado sa isang rate na depended sa kanyang bilis.

"Ito ay nagpapakita na ang ideya ng paggamit ng laser ilaw upang lumikha ng iikot-orbit pagkabit sa atoms ay gumagana. Ito ay lahat na inaasahan naming upang makita," Spielman sinabi. "Ngunit iba pa ay talagang masinop ang nangyari."

Sila ay naka-up ang kasasalan ng kanilang mga lasers, at mga atoms ng isang magsulid estado nagsimulang upang maitaboy ang mga atoms sa iba pang mga estado iikot, na nagdudulot sa mga ito sa hiwalay na.

"Kami ay nagbago sa panimula kung paano ang mga atoms interacted sa bawat isa," Spielman sinabi. "Hindi namin ay anticipated na at nakuha masuwerteng."

Ang mga rubidiyum atoms sa eksperimento ng mga mananaliksik 'ay bosons, palakaibigan particle na maaari ang lahat ng kakapalan ng tao sa ang parehong space kahit kung nagtataglay sila magkakahawig na mga halaga sa kanilang mga katangian kasama ang iikot. Subalit Spielman ng kalkulasyon ipakita na sila ring lumikha ang parehong epekto na ito sa ultracold gas ng fermions. Fermions, ang mas antisosyal na uri ng mga atoms, hindi sakupin ang parehong space kapag sila ay sa isang kaparehong estado. At kumpara sa iba pang mga pamamaraan para sa paglikha ng mga bagong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng fermions, iikot estado ay magiging mas madali sa control at na nanirahan.

Isang magsulid-orbit-kaisa gas Fermi maaaring makipag-ugnayan sa mismo dahil ang lasers epektibo split bawat atom sa dalawang natatanging mga bahagi, ang bawat isa ay may sariling iikot estado, at dalawang tulad ng mga atoms na may iba't ibang velocities ay maaaring pagkatapos ay makipag-ugnay at pares up sa isa pang. Ang uri ng pagpapares ay bubukas up posibilidad, Spielman sinabi, para sa pag-aaral ng mga nobelang form ng superconductivity, lalo na "p-wave" na superconductivity, kung saan ang dalawang ipares atoms ng isang kabuuan-mekanikal phase na depende sa kanilang mga kamag-anak orientation. Ganitong p-wave superconductors ay maaaring paganahin ang isang form ng computing sa kabuuan na kilala bilang topological kabuuan pagtutuos.

Source: http://www.nist.gov/

Last Update: 9. October 2011 04:07

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