Propriétés de la lumière recréées dans des neutrons torsadés pour créer des matériaux quantiques

Des physiciens de l'Université de Waterloo ont créé un dispositif qui génère des ondes neutroniques en spirale. Précédemment

on croyait qu'un tel comportement chez les neutrons était impossible. Les résultats des travaux contribueront au développement de matériaux quantiques de nouvelle génération pour l’informatique quantique et la recherche fondamentale.

Dans leurs expériences, les scientifiques ont construitstructures microscopiques en forme de fourche de réseaux de silicium. Ces dispositifs sont si petits que dans un carré d'une longueur de côté de 0,5 cm, il y a plus de six millions de réseaux de phase de dislocation de fourche individuels.

Image au microscope et fonctionnement d'un générateur d'ondes neurales en spirale. Image : Dusan Sarenac et al., Science Advances

Lorsqu'un faisceau de neutrons uniques traversecet appareil, les neutrons individuels commencent à se tordre sous la forme d'un tire-bouchon. Les chercheurs ont capturé des images de neutrons obtenues à l'aide d'une caméra spéciale à une distance de 19 m de la source de rayonnement. Les résultats des observations ont montré que chaque neutron s'est étendu à
signature en forme de beignet, 10 cm de large.

Structure en anneau des neutrons se propageantindique qu'ils ont été placés dans un état hélicoïdal spécial et que les dispositifs de réseau du groupe ont généré des faisceaux de neutrons avec un moment cinétique orbital quantifié, notent les scientifiques.

Structures en forme d'anneau obtenues pour des systèmes avec des charges topologiques différentes (q). Image : Dusan Sarenac et al., Science Advances

Bien que les méthodes d'obtention et d'analyse expérimentales du moment cinétique orbital des photons et des électrons soient bien maîtrisées, la conception d'un dispositif utilisant des neutrons n'a pas encore été démontrée.

Les neutrons sont un outil puissant pour déterminercaractéristiques des nouveaux matériaux quantiques, car ils présentent un certain nombre de caractéristiques uniques. Ils ont des longueurs d'onde nanométriques, une neutralité électrique et des masses relativement importantes. Ces caractéristiques signifient que les neutrons peuvent traverser les matériaux, contrairement aux rayons X et à la lumière.

Dusan Sarenak, co-auteur de l'étude à l'Institute for Quantum Computing de l'Université de Waterloo

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