Stebinantis netikėtos kvantinės elgsenos atradimas rodo, kad egzistuoja visiškai naujo tipo dalelės.

Stebinantis atradimas, Prinstono fizikai pastebėjo netikėtą kvantinį elgesį izoliatoriuose, pagamintuose iš medžiagos, vadinamos volframo dietiluridu. Šis reiškinys, žinomas kaip kvantinis virpesys, paprastai pastebimas metaluose, o ne izoliatoriuose, o atradimas suteikia naujų įžvalgų apie mūsų supratimą apie kvantinį pasaulį. Atradimas taip pat rodo visiškai naujo tipo kvantinių dalelių egzistavimą.

Šis atradimas ginčija seniai egzistuojantį metalų ir izoliatorių skirtumą, nes, remiantis tam tikros medžiagos kvantine teorija, manyta, kad izoliatorius negali patirti kvantinių svyravimų.

„Jei mūsų aiškinimas yra teisingas, galime pamatyti iš esmės naują kvantinės materijos formą“, – sakė Kalifornijos universiteto fizikos docentas Sanfengas Wu. Prinstono universitetas Ir vyresnysis neseniai paskelbto straipsnio autorius gamta Šis naujas atradimas detalizuoja „Mes dabar įsivaizduojame visiškai naują kvantinį pasaulį, paslėptą izoliatoriuose. Gali būti, kad per pastaruosius kelis dešimtmečius mes praleidome tapatybę “.

Kvantinių svyravimų stebėjimas jau seniai yra metalų ir izoliatorių skirtumo požymis. Metaluose elektronai yra labai judrūs, o atsparumas – atsparumas laidumui – minkštas. Beveik prieš šimtmetį mokslininkai pastebėjo, kad magnetiniai laukai kartu su itin žema temperatūra gali sukelti elektronų perėjimą iš „klasikinės“ į „klasikinę“ būsenas. Kvantas sukelia svyravimus metalo varžoje. Priešingai, elektronai yra nejudrūs, o medžiaga pasižymi labai dideliu pasipriešinimu, todėl nesitikima, kad tokio tipo kvantiniai svyravimai įvyks, neatsižvelgiant į magnetinio lauko stiprumą.

Proveržis įvyko, kai mokslininkai tyrė medžiagą, vadinamą volframo dietiluridu, todėl ji tapo dvimatė. Jie paruošia medžiagą naudodami standartinę škotą, kad daugiau šveistų arba „nusiskustų“ iki sluoksnio, vadinamo viensluoksniu – vienu disku. atomas– Storas volframo dietilurido sluoksnis veikia kaip metalas. Tačiau pavertus monosluoksniu, jis tampa labai stipriu izoliatoriumi.

„Ši medžiaga turi daug ypatingų kvantinių savybių“, – sakė Wu.

Tada mokslininkai ėmėsi matuoti vieno volframo dietilurido sluoksnio atsparumą po magnetiniu lauku. Mano nuostabai, izoliacijos varža, nors ir gana didelė. Bet jis pradeda vibruoti, kai magnetinis laukas didėja, o tai rodo perėjimą į kvantinę būseną. Iš tiesų, ši labai stipri izoliacinė medžiaga pasižymi nuostabiausiomis metalų kvantinėmis savybėmis.

“Tai tikrai stebina”, – sakė Wu. „Kas čia nutiko?“ Mes iki galo nesuprantame.

Wu pažymėjo, kad nėra dabartinės teorijos, kuri paaiškintų šį reiškinį.

Vis dėlto Wu ir jo kolegos pateikė provokuojančią hipotezę, neutraliai įkrautos kvantinės medžiagos formą. „Dėl labai intensyvios sąveikos elektronai organizuojasi ir sudaro kvantinę medžiagą. Ši nauja rūšis “, – sakė Wu.

Tačiau galų gale nebe vibravo elektronai, sakė Wu. Tačiau tyrėjai tiki naujomis dalelėmis, kurias jie pavadino „Neutralus fermionas“ susidaro iš šių stipriai sąveikaujančių elektronų ir yra atsakingas už šį nuostabų kvantinį efektą.

Fermionai yra kvantinių dalelių su elektronais kategorija. Kvantinėse medžiagose įkrauti fermionai gali būti neigiamai įkrauti elektronai arba teigiamai įkraunamos „skylės“, atsakingos už elektrinį laidumą. Kitaip tariant, jei medžiaga yra izoliuota elektra, šios elektra įkrautos įvorės negali judėti savarankiškai. Tačiau neutrali dalelė, tai yra, teoriškai neturi neigiamų ar teigiamai įkrautų jonų, įmanoma egzistuoti ir judėti izoliacijoje.

„Mūsų rezultatai prieštarauja visoms egzistuojančioms teorijoms, pagrįstoms įkrautais fermionais“, – sakė Pengjie Wang, straipsnio bendraautorė ir doktorantūros bendraautorė. Turi neutralų krūvį “

Prinstono komanda planuoja tolesnius volframo dietilurido kvantinių savybių tyrimus. Jiems buvo ypač įdomu sužinoti, ar jų hipotezė apie naujų kvantinių dalelių egzistavimą yra teisinga.

“Tai tik pradžia, – sakė Wu. – Jei mes teisūs, būsimi tyrėjai ras kitų izoliatorių, turinčių šią stebinančią kvantinę savybę.”

Nepaisant naujų tyrimų ir išankstinių rezultatų aiškinimo, Wu spėliojo, kaip šis reiškinys iš tikrųjų bus praktiškas.

Gali būti, kad ateityje būtų naudingi neutralūs informacijos kodavimo fermionai. Kvantinis kompiuteris“, – sakė jis. – Tuo tarpu mes vis dar esame ankstyvieji kvantinių reiškinių supratimo etapai, todėl būtinas esminis atradimas”.

Nuoroda: Pengjie Wang, Guo Yu, Yanyu Jia, Michael Onyszczak, F. Alexandre Cevallos, Shiming Lei, Sebastian Klemenz, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi „Landau ir mobiliųjų fermionų kiekio nustatymas izoliacijoje“. Robertas J. Cava, Leslie M. Schoop ir Sanfeng Wu, gamta.
DOI: 10.1038 / s41586-020-03084-9

Be Wu ir Wango, komandoje dalyvavo pirmasis bendraautorius Guo Yu, magistrantas elektrotechnikos studentas ir Yanyu Jia, fizikos magistrantas. Kitas pagrindinis Princetono bendradarbis buvo Leslie Schoop, chemijos docentas. Robertas Kava, Russellas Welmanas Moore’as, chemijos profesorius; Michaelas Onyszczakas, fizikos magistrantas Trys buvę doktorantai, Shiming Lei, Sebastianas Klemenzas ir F. Alexandre’as Cevallosas, 2018 m. Prinstono absolventai. Kenji Watanabe ir Takashi Taniguchi iš Nacionalinio medžiagų mokslo instituto Japonijoje pateikė informacijos. su

Pengjie Wang, Guo Yu, Yanyu Jia, Michael Onyszczak, F. Alexandre Cevallos, Shiming Lei, Sebastian Klemenz, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Robert J. „Landau kiekybinis įvertinimas ir labai mobilus fermionas izoliacijoje“. Cava, Leslie M.Schoop ir Sanfeng Wu paskelbti žurnale sausio 4 d. gamta (DOI: 10.1038 / s41586-020-03084-9)

Šį darbą pirmiausia finansavo Nacionalinis mokslo fondas (NSF) per Prinstono universiteto Medžiagų tyrimų mokslo ir inžinerijos centrą (DMR-1420541 ir DMR-2011750) ir CAREER apdovanojimą (DMR-1942942). Pirmojo etapo matavimai buvo atlikti lauko laboratorijoje. „National High Magnets“, palaikomi NSF bendradarbiavimo susitarimo (DMR-1644779) ir Floridos valstijos. Tolesnę paramą teikia Japonijos švietimo, kultūros, sporto, mokslo ir technologijų ministerijos vadovaujama „Elemental Strategy Initiative“. (JPMXP0112101001), Japonijos mokslo ir technologijų agentūros KAKENHI projektas (JP20H00354) ir Japonijos mokslo ir technologijų agentūros CREST programa (JPMJCR15F3), papildomą paramą teikia JAV kariuomenės tyrimų biuro daugiadalykio universiteto topologinių izoliatorių tyrimų iniciatyva (W911NF1210461), Arnoldas ir Mabelas. Beckmano fondas, per „Beckman Young Investigator“ stipendiją ir Gordono ir Betty Moore fondą (GBMF9064).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujos biologiškai įkvėptų, šviesą sugeriančių nanomedžiagų klasės sintezė

POSS-peptoido molekulės savaime susirenka į romboidinius nanokristalus. Paskola Stephanie King iliustracija Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija Gamtos įkvėpti Ramiojo vandenyno šiaurės...

Omega-3 derinimas su liaudies papildais gali pakenkti širdžiai

Gydytojai dažnai rekomenduoja omega-3, kurie padeda pacientams sumažinti cholesterolio kiekį ir pagerinti širdies sveikatą. Šie omega-3 gali būti iš riebių žuvų, tokių kaip...

Paviršių poveikis ploniems atominiams puslaidininkiams

Naudodami ultravioletinius spindulius, tyrėjai ištyrė 2-D puslaidininkių (violetinių) elektronines charakteristikas, nes duomenų žemėlapyje padidėja substrato sluoksnių (žalių) skaičius. Raudonas apskritimas žymi elektronines savybes, kurios...

Norėdami pagreitinti atradimą, didelio matmens infraraudonųjų spindulių mikroskopija išeina iš tinklelio

Plytelių rašto, naudojamo skenuoti C. elegans apvalųjį kirminą, pavyzdys. Netinklinis modelis suteikia atrankos algoritmui didesnį lankstumą greitai panaudojant dominančias sritis. Autoriai: Elizabeth...

Neįprastai vykdant pandemiją ir branduolinę gynybą galima apsaugoti žmones nuo nelaimių

Paleiskite „SM-3 Block IB“ perėmėją iš raketinio kreiserio „USS Lake Erie“ (CG 70). Kreditas: JAV karinis jūrų laivynas Gyvenimas Žemėje gali smarkiai ir greitai...

Newsletter

Subscribe to stay updated.