Eigenschappen van licht nagebootst in gedraaide neutronen om kwantummaterialen te creëren

Natuurkundigen van de Universiteit van Waterloo hebben een apparaat gemaakt dat neutronenspiraalgolven genereert. Eerder

men geloofde dat dergelijk gedrag bij neutronen onmogelijk was. De resultaten van het werk zullen helpen bij de ontwikkeling van kwantummaterialen van de volgende generatie voor kwantumcomputers en fundamenteel onderzoek.

In hun experimenten bouwden de wetenschappersmicroscopische vorkachtige structuren van siliciumroosters. Deze apparaten zijn zo klein dat er in een vierkant met een zijlengte van 0,5 cm meer dan zes miljoen individuele vorkdislocatiefaseroosters zijn.

Afbeelding onder een microscoop en hoe een spiraalvormige neurale golfgenerator werkt. Afbeelding: Dusan Sarenac et al., Science Advances

Wanneer een bundel enkele neutronen passeertdit apparaat beginnen individuele neutronen te draaien in de vorm van een kurkentrekker. De onderzoekers legden beelden vast van neutronen verkregen met een speciale camera op een afstand van 19 m van de stralingsbron. De resultaten van de waarnemingen toonden aan dat elk neutron zich uitbreidde tot
donutachtige signatuur, 10 cm breed.

Ringstructuur van zich voortplantende neutronengeeft aan dat ze in een speciale spiraalvormige toestand waren geplaatst en dat de roosterapparaten van de groep neutronenbundels genereerden met gekwantiseerd orbitaal impulsmoment, merken de wetenschappers op.

Ringvormige structuren verkregen voor systemen met verschillende topologische ladingen (q). Afbeelding: Dusan Sarenac et al., Science Advances

Hoewel methoden voor het experimenteel verkrijgen en analyseren van het orbitale impulsmoment van fotonen en elektronen goed worden begrepen, is het ontwerp van een apparaat dat neutronen gebruikt nog niet gedemonstreerd.

Neutronen zijn een krachtig hulpmiddel om te bepalenkenmerken van nieuwe kwantummaterialen, omdat ze een aantal unieke kenmerken hebben. Ze hebben golflengten ter grootte van een nanometer, elektrische neutraliteit en relatief grote massa's. Deze kenmerken betekenen dat neutronen door materialen kunnen gaan, in tegenstelling tot röntgenstralen en licht.

Dusan Sarenak, co-auteur van de studie aan het Institute for Quantum Computing aan de Universiteit van Waterloo

Lees verder:

Creëerde een navigatiesysteem dat nauwkeuriger is dan GPS

Een oud amulet herschreef de geschiedenis van Europa's meest mysterieuze taal

Kleine satelliet stuurt laatste foto voordat hij in de atmosfeer van de aarde stort