Fysikere ved Rice University brugte ultrakolde atomer og en endimensionel lyskanal til
Elektroner er fermioner, antisocialekvantepartikler, der nægter at dele plads med hinanden, forklarer forfatterne til undersøgelsen. Ifølge Pauli udelukkelsesprincippet kan to eller flere identiske fermioner ikke samtidigt være i samme kvantetilstand i et kvantesystem.
Adskillelse af spins og ladninger er en manifestationsådan gensidig aversion i et-dimensionelt rum. Fysikerne Shinichiro Tomonaga og Joaquin Luttinger udviklede en teoretisk model for 1D elektronadfærd, kendt som Luttinger-væsken, for omkring 60 år siden, men indtil videre har det været næsten umuligt at måle effekten kvantitativt.
Model af eksperimentet med skabelsen af en spin-bølge(tilsvarende for en ladningsbølge). En laserstråle (øverst til venstre) skaber kollektive bølger i ledningen, der overfører enten spin eller ladning. Spindet skal pege opad (blåt) eller nedad (rødt), og atomerne med det modsatte spin arrangerer sig naturligt i et vekslende mønster (øverste række). Bølgen overfører spindet og skifter successivt naboværdier. Illustration: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Kvantesimulatorer bruger kvanteegenskaber ved virkelige objekter, såsom atomer, ioner eller molekyler, til at løse problemer, der er svære eller umulige at løse med konventionelle computere. I Rice Universitys spin ladningssimulator erstatter ultrakolde lithiumatomer elektroner, og lyskanalen er en endimensionel ledning.
Når en elektron kolliderer med en anden, er denoverfører energi, der bringer sidstnævnte til en højere energitilstand. I et 3D-materiale bliver en exciteret elektron båret væk, kolliderer med noget, mister noget energi, flyver i en ny retning for at kollidere med noget andet, og så videre, forklarer forskerne.
I ledningens endimensionelle rum vil bevægelsen værekollektivt: når du "trykker" på en elektron, overfører den tryk til den næste, og så videre. Tomonaga og Luttinger forudsagde, at spin-excitationsbølger ville rejse langsommere end ladningsbølger. Eksperimentelle data bekræftede denne teori, hvor bølgeudbredelseshastighederne nøjagtigt matchede forudsigelserne fra moderne beregninger for Luttinger-væsken.
Forskere observerede adskillelse af spin og ladningi faststofmaterialer, men de så det ikke i en klar eller kvantificerbar form. Vores eksperiment er faktisk det første, hvor der opnås kvantitative målinger, der kan sammenlignes med en næsten nøjagtig teori.
Randy Hewlett, Rice University fysiker og medforfatter af undersøgelsen
Forfatterne af værket bemærker, at resultaterne ikke er detikke kun teoretisk, men også praktisk. Den konstante reduktion i volumen af mikrokredsløb fører til skabelsen af ledninger tæt på et-dimensionelt rum, hvilket betyder, at kvanteeffekter vil begynde at påvirke driften af sådanne enheder. Derudover vil forskningen hjælpe med udviklingen af teknologi til topologiske kvantecomputere, der vil indkode information i dekohærensfrie qubits.
Læs mere:
Japanerne dumpede en kæmpe turbine i havet for at få endeløs energi fra strømmen.
Astronomer fra Japan har fundet en ukendt struktur i galaksen
Forskere filmede et 'skjult' økosystem i en antarktisk flod