Ricen yliopiston fyysikot käyttivät ultrakylmiä atomeja ja yksiulotteista valokanavaa
Elektronit ovat fermioneja, epäsosiaalisiakvanttihiukkasia, jotka kieltäytyvät jakamasta tilaa toistensa kanssa, tutkimuksen tekijät selittävät. Paulin poissulkemisperiaatteen mukaan kaksi tai useampi identtinen fermion ei voi olla samanaikaisesti samassa kvanttitilassa kvanttijärjestelmässä.
Pyöritysten ja varausten erottaminen on ilmentymätällainen keskinäinen vastenmielisyys yksiulotteisessa tilassa. Fyysikot Shinichiro Tomonaga ja Joaquin Luttinger kehittivät teoreettisen mallin 1D-elektronikäyttäytymisestä, joka tunnetaan nimellä Luttinger-neste, noin 60 vuotta sitten, mutta toistaiseksi vaikutusta on ollut lähes mahdotonta mitata kvantitatiivisesti.
Kokeen malli spinaallon luomisesta(samalla tavalla latausaalto). Lasersäde (ylhäällä vasemmalla) luo johtoon kollektiivisia aaltoja, jotka siirtävät joko spinin tai varauksen. Pyörinnän tulee osoittaa ylös (sininen) tai alas (punainen) ja vastakkaisen pyörimisen atomit asettuvat luonnollisesti vuorottelevaan kuvioon (ylärivi). Aalto siirtää spinin ja muuttaa peräkkäin viereisiä arvoja. Kuvitus: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Kvanttisimulaattorit käyttävät kvanttiatodellisten esineiden, kuten atomien, ionien tai molekyylien, ominaisuudet ratkaisemaan ongelmia, joita on vaikea tai mahdoton ratkaista tavanomaisilla tietokoneilla. Rice Universityn spin-varaussimulaattorissa ultrakylmät litiumatomit korvaavat elektroneja ja valokanava on yksiulotteinen lanka.
Kun yksi elektroni törmää toiseen, sesiirtää energiaa, joka tuo jälkimmäisen korkeampaan energiatilaan. 3D-materiaalissa virittynyt elektroni kulkeutuu pois, törmää johonkin, menettää energiaa, lentää uuteen suuntaan törmätäkseen johonkin muuhun ja niin edelleen, tutkijat selittävät.
Langan yksiulotteisessa tilassa liike tapahtuukollektiivinen: kun "painat" yhtä elektronia, se siirtää paineen seuraavalle ja niin edelleen. Tomonaga ja Luttinger ennustivat, että spin-viritysaallot kulkeisivat hitaammin kuin varausaallot. Kokeelliset tiedot vahvistivat tämän teorian, ja aallon etenemisnopeudet vastaavat tarkasti Luttinger-nesteen nykyaikaisten laskelmien ennusteita.
Tutkijat havaitsivat spinin ja varauksen eronsolid-state-materiaaleissa, mutta he eivät nähneet sitä selkeässä tai mitattavissa olevassa muodossa. Kokeemme on todellakin ensimmäinen, jossa saadaan kvantitatiivisia mittauksia, joita voidaan verrata lähes tarkkaan teoriaan.
Randy Hewlett, Rice Universityn fyysikko ja tutkimuksen toinen kirjoittaja
Teoksen kirjoittajat huomauttavat, että tulokset eivät oleei vain teoreettista vaan myös käytännöllistä. Mikropiirien tilavuuden jatkuva pienentäminen johtaa johtojen syntymiseen lähellä yksiulotteista tilaa, mikä tarkoittaa, että kvanttiefektit alkavat vaikuttaa tällaisten laitteiden toimintaan. Lisäksi tutkimus auttaa kehittämään topologisten kvanttitietokoneiden teknologiaa, joka koodaa informaatiota dekoherenssivapaiksi kubiteiksi.
Lue lisää:
Japanilaiset heittivät jättimäisen turbiinin mereen saadakseen loputtomasti energiaa virrasta.
Japanilaiset tähtitieteilijät ovat löytäneet galaksista tuntemattoman rakenteen
Tutkijat kuvasivat "piilotetun" ekosysteemin Etelämantereen joessa