Научници користе тополошке изолаторе да би демонстрирали квантне ефекте више од једне деценије, али...
Квантна физика и топологија - заједно
Последњих година проучавање тополошкихстања материје привукла је пажњу физичара и инжењера широм света. Ова област студија комбинује квантну физику са топологијом, граном теоријске математике која проучава геометријска својства која се могу деформисати, али не и суштински мењати. Тополошка својства материје су важна и са становишта фундаменталне физике и за примену у квантном инжењерству и нанотехнологији следеће генерације.
Основе квантне топологије
Главна компонента уређаја који се користи заистраживање мистерија квантне топологије – тополошки изолатор. Јединствени уређај делује као изолатор изнутра, што значи да се електрони унутра не могу слободно кретати и стога не проводе електричну енергију.
Али електрони на ивицама уређаја су слободникрећу, па су стога проводни. Захваљујући посебним својствима топологије, електрони који теку дуж ивица нису ометани никаквим дефектима или деформацијама. Нови уређај не само да би могао да побољша будуће технологије, већ и да пружи дубље разумевање саме материје истраживањем њених квантних електронских својстава.
У чему је проблем?
Још увек користе материјале и уређајеза стварне примене у функционалним уређајима био је проблематичан. Све због сурових услова квантне топологије. Да, сада постоји велико интересовање за тополошке материјале и људи често говоре о њиховом великом потенцијалу за практичну примену. Али док се неки макроскопски квантни тополошки ефекат не испољи на собној температури, све ово ће остати само сан.
Проблем је у томе што околина или високатемпературе стварају оно што физичари називају „топлотни шум“. Једноставним речима, ово је повећање температуре на којој атоми почињу снажно да вибрирају. Ово може пореметити рад суптилних квантних система, уништавајући тако само квантно стање.
Конкретно, у тополошким изолаторима овивише температуре стварају ситуацију у којој електрони на површини изолатора продиру у унутрашњост изолатора. Ово доводи до тога да електрони проводе струју, што слаби или уништава посебан квантни ефекат.
Постоји ли начин да се ово заобиђе?
Да, извођењем таквих експеримената под условимаизузетно ниске температуре - на апсолутној нули или тако нешто. На овим невероватно ниским температурама, атомске и субатомске честице престају да вибрирају и стога их је лакше манипулисати. Међутим, стварање и одржавање ултра-хладног окружења је непрактично за многе апликације; скупо је, гломазно и захтева огромну количину енергије.
Шта су научници урадили?
Физичари су развили иновативан начин заобилажењапроблем. Направили су нови тип тополошког изолатора од бизмут бромида (хемијска формула α-Би 4 Бр 4). То је неорганско кристално једињење које се понекад користи за пречишћавање воде и хемијска испитивања. Како напомињу аутори студије, материјал не захтева огроман притисак или ултра-високо магнетно поље.
У својој студији научници су се ослањали наКвантни Холов ефекат је облик тополошког ефекта који је открио Клаус фон Клицинг 1980. године, за који је пет година касније добио Нобелову награду. Од тада се интензивно проучавају тополошке фазе.&нбсп;Научници су открили многе нове класе квантних материјала са тополошким електронским структурама, укључујући тополошке изолаторе, тополошке суперпроводнике, тополошке магнете и Вејлове полуметале. Њихов електронски спектар је тродимензионални аналог спектра графена.
Последњи део слагалице
Чтобы добиться квантования при комнатной температуре, ученые использовали решетку кагомэ.
Термин кагоме решетка сковао је јапански физичар.Први пут се појавио у чланку из 1951. који је написао Исхиро Схоји под вођством Фушимија. Кагомес решетка се састоји од врхова и ивица трихексагоналног мозаика. Супротно називу, ове раскрснице не формирају математичку решетку. Заузврат, трихексагонални мозаик је један од 11 хомогених мозаика на еуклидској равни направљених од правилних многоуглова. Мозаик се састоји од правилних троуглова и правилних шестоуглова, распоређених тако да је сваки шестоугао окружен троугловима, и обрнуто. Име мозаика потиче од чињенице да комбинује правилан хексагонални мозаик и правилан троугласти мозаик.
Тополошки изолатори на кагоме решеткиможе бити дизајниран тако да има релативистичке укрштања појаса и јаке електрон-електрон интеракције. Оба су неопходна за нову врсту магнетизма.
Латтице кагоме. Аутор: Н.Мори
Тако су научници схватили да су кагоме магнетиобећавајући систем за тражење тополошких магнетних фаза. Они су сами по себи слични тополошким изолаторима - све је ствар одговарајуће атомске хемије и конструкцијског дизајна.
Где то води?
Истраживачи верују да ће њихов пробој довести до развоја квантне и нанотехнологије.
Посебан утицај имаће стварање новог изолатораза развој квантних технологија следеће генерације. Истраживачи такође верују да ће ово откриће убрзати развој ефикаснијих и „зеленијих“ квантних материјала.
Шта је следеће?
Према научницима, сада је теоријски и експериментални фокус истраживачког тима концентрисан у два правца.
Прво, научници желе да схвате шта друготополошки материјали могу да раде на собној температури. И, што је најважније, обезбедити другим стручњацима алате и нове технике мерења за идентификацију материјала који ће радити на собним и високим температурама.
Опширније:
Археолози су званично потврдили легенде из Библије
Испоставило се шта се дешава са ћелијама тела када срце умре
Старлинк сигнал је хакован да се користи као алтернатива ГПС-у