"Nagaoka Ferromanyetizma" özelliği ilk kez gözlendi! Bu, 54 yıl önce tahmin edilen ve var olmayan bir mıknatıs
1966'da Japon fizikçi Yosuke Nagaoka, oldukça şaşırtıcı bir fenomen öngördü: Nagaoka ferromanyetizması. Titiz teorisi, malzemelerin nasıl manyetik hale geldiğini açıklıyor, ancak dikkat edilmesi gereken bir şey var: tarif ettiği belirli koşullar hiçbir malzemede doğal olarak oluşmaz. TU Delft ve TNO'dan QuTech araştırmacıları, tasarlanmış kuantum sistemleri kullanarak Nagaoka ferromanyetizmasının deneysel özelliklerini gözlemlediler ve bulguları Nature dergisinde yayınlandı.
Buzdolaplarının üzerindekiler gibi tanıdık mıknatıslar, ferromanyetizma adı verilen bir fenomendir. Her elektronun kendi kendine küçük bir mıknatıs gibi davranmasını sağlayan "spin" adı verilen bir özelliği vardır. Ferromıknatıslarda, birçok elektronun dönüşleri düz bir çizgi halinde düzenlenir ve büyük bir manyetik alan halinde birleştirilir. Bu basit bir kavram gibi görünüyor, ancak Nagaoka, Nagaoka ferromanyetizmasının ortaya çıkabileceği yeni ve şaşırtıcı bir mekanizma öngörüyor: daha önce hiçbir sistemde gözlemlenmemiş bir mekanizma.
Çocuk Yapbozu Araştırmaları
JP Dehollain ve Uditendu Mukhop adhyay bu deneyleri birlikte yaptılar: Nagaoka'nın tahminini anlamak için, kayan bulmaca adı verilen basit bir mekanik çocuk oyunu hayal edin. Bu bulmaca, bulmacayı çözmek için karoların kaymasına izin veren boş bir yarık ile 4'e 4 karolardan oluşur. Sonra, Nagaoka mıknatısını, her bir karonun bir elektron olduğu benzer iki boyutlu kare bir kafes olarak hayal edin. Daha sonra elektronlar çocuk oyunlarında fayans gibi davranarak kafes içinde ileri geri hareket eder.
Elektron dönüşleri hizalı değilse (yani, bulmaca benzetmesinde, her karo farklı bir yönü gösteren oklara sahipse), elektronlar her karıştırmadan sonra farklı bir düzenleme oluşturacaktır. Tersine, eğer tüm elektronlar hizalanırsa (tüm karoların aynı yönü gösteren okları vardır), elektronlar nasıl karıştırılırsa karıştırılsın, bulmaca her zaman aynı kalacaktır. Nagaoka, elektron dönüşlerinin düzenlenmesinin sistemde daha düşük enerjiye yol açtığını keşfetti. Bu nedenle, elektrondan yoksun kare şeklinde iki boyutlu bir kafes sistemi, doğal olarak tüm elektronların spin halinde düzenlendiği duruma eğilimlidir: Nagaoka ferromanyetik durumu.
DIY mıknatıs
Araştırmacılar, Nagaoka ferromanyetizmasının deneysel özelliklerini ilk kez gözlemlediler ve bunu, tek elektronları "yakalayabilen" bir elektronik cihaz tasarlayarak başardılar. Bu sözde kuantum nokta cihazları bir süredir bilimsel deneylerde kullanılmaktadır, ancak asıl zorluk, dört kuantum noktasından oluşan, oldukça kontrol edilebilir iki boyutlu bir kafes yaratmaktır. Bu cihazların çalışması için nano ölçekli bir devre inşa etmek, onu mutlak sıfıra yakın (-272,99 Santigrat derece) soğutmak ve küçük elektrik sinyallerini ölçmek gerekir.
(Yukarıda gösterilmiştir) 2x2 kuantum nokta, nokta matris üzerinde Nagaoka ferromanyetizmasının sanatsal etkisi. Resim: QuTech için Sofía Navarrete ve María Mondragón De la Sierra
Araştırmanın bir sonraki adımı, üç elektronu yakalamak ve bunların 2'ye 2 kafes içinde hareket etmelerine izin vererek Nagaoka'nın ferromanyetizması için gerekli özel koşulları yaratmaktır. O zaman bu kafesin bir mıknatıs gibi davrandığı kanıtlanmalıdır. Üç elektronun ürettiği manyetik alan, geleneksel yöntemlerle tespit edilemeyecek kadar küçüktür, bu nedenle çalışma, elektronların dönme yönünü 'çözebilen ve onu laboratuvarda ölçülebilen elektriğe dönüştürebilen çok hassas bir elektronik sensör kullandı. sinyal. Bu şekilde, elektron spinlerinin beklendiği gibi hizalanıp hizalanmadığı belirlenebilir.
Gizem çözüldü
Kavli Nanobilim Enstitüsü'nün baş araştırmacısı ve eş direktörü Liven Vandersypen şunları söyledi: Sonuç çok açık: Nagaoka ferromanyetizmasını keşfettik, bu proje üzerinde çalışmaya başladığımda, ben Bu deneyin uygulanabilir olup olmadığından emin değilim, çünkü fizik laboratuvarda çalışılan her şeyden çok farklı. Ancak araştırma ekibi, Nagaoka ferromanyetizması için uygun deneysel koşullar yaratmayı başardı ve kuantum nokta sisteminin kararlılığını kanıtladı.
Bu küçük ölçekli sistem, günlük yaşama etki etmekten uzak olsa da, kuantum bilgisayarlar ve kuantum simülatörleri gibi daha büyük ölçekli sistemlerin gerçekleştirilmesinde önemli bir kilometre taşıdır. Böyle bir sistem, karmaşık kimyasal işlemler gibi günümüzün en gelişmiş süper bilgisayarlarıyla çözülemeyecek kadar karmaşık sorunları inceleyebilir. Nagaoka ferromanyetizmasının gerçekleştirilmesi gibi ilke kanıtı deneyleri, gelecekteki kuantum bilgisayarlarının ve simülatörlerinin geliştirilmesi için önemli rehberlik sağlar.
Brocade | Araştırma / Gönderen: Delft Teknoloji Üniversitesi
Referans Dergisi "Nature"
DOI: 10.1038 / s41586-020-2051-0
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
