Eigenschaften von Licht, das in verdrillten Neutronen nachgebildet wurde, um Quantenmaterialien zu erzeugen

Physiker der University of Waterloo haben ein Gerät entwickelt, das Neutronenspiralwellen erzeugt. Vorher

man glaubte, dass ein solches Verhalten bei Neutronen unmöglich sei. Die Ergebnisse der Arbeit werden bei der Entwicklung von Quantenmaterialien der nächsten Generation für Quantencomputing und Grundlagenforschung helfen.

In ihren Experimenten bauten die Wissenschaftlermikroskopisch kleine gabelartige Strukturen von Siliziumgittern. Diese Geräte sind so klein, dass sich in einem Quadrat mit 0,5 cm Seitenlänge mehr als sechs Millionen einzelne Gabelversetzungs-Phasengitter befinden.

Bild unter einem Mikroskop und wie ein spiralförmiger Neuralwellengenerator funktioniert. Bild: Dusan Sarenac et al., Science Advances

Wenn ein Strahl aus einzelnen Neutronen durchgehtBei diesem Gerät beginnen sich einzelne Neutronen in Form eines Korkenziehers zu drehen. Die Forscher nahmen Bilder von Neutronen auf, die mit einer speziellen Kamera in einer Entfernung von 19 m von der Strahlungsquelle aufgenommen wurden. Die Ergebnisse der Beobachtungen zeigten, dass sich jedes Neutron zu expandierte
Donut-ähnliche Signatur, 10 cm breit.

Ringstruktur fortpflanzender Neutronenweist darauf hin, dass sie in einen speziellen spiralförmigen Zustand versetzt wurden und dass die Gittergeräte der Gruppe Neutronenstrahlen mit quantisiertem Bahndrehimpuls erzeugten, stellen die Wissenschaftler fest.

Ringförmige Strukturen für Systeme mit unterschiedlichen topologischen Ladungen (q). Bild: Dusan Sarenac et al., Science Advances

Obwohl Methoden zum experimentellen Erhalten und Analysieren des Bahndrehimpulses von Photonen und Elektronen gut verstanden sind, wurde der Entwurf einer Vorrichtung, die Neutronen verwendet, noch nicht demonstriert.

Neutronen sind ein mächtiges Werkzeug zur BestimmungEigenschaften neuer Quantenmaterialien, da sie eine Reihe einzigartiger Merkmale aufweisen. Sie haben Wellenlängen im Nanometerbereich, elektrische Neutralität und relativ große Massen. Diese Eigenschaften bedeuten, dass Neutronen im Gegensatz zu Röntgenstrahlen und Licht Materialien durchdringen können.

Dusan Sarenak, Co-Autor der Studie am Institute for Quantum Computing der University of Waterloo

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