Fysiker vid Rice University använde ultrakalla atomer och en endimensionell ljuskanal för att
Elektroner är fermioner, asocialakvantpartiklar som vägrar dela utrymme med varandra, förklarar författarna till studien. Enligt Paulis uteslutningsprincip kan två eller flera identiska fermioner inte samtidigt vara i samma kvanttillstånd i ett kvantsystem.
Separation av snurr och laddningar är en manifestationsådan ömsesidig motvilja i endimensionell rymd. Fysikerna Shinichiro Tomonaga och Joaquin Luttinger utvecklade en teoretisk modell av 1D-elektronbeteende, känd som Luttinger-vätskan, för cirka 60 år sedan, men hittills har det varit nästan omöjligt att mäta effekten kvantitativt.
Modell av experimentet med skapandet av en spinnvåg(på samma sätt för en laddningsvåg). En laserstråle (överst till vänster) skapar samlade vågor i tråden som överför antingen spinn eller laddning. Spinnet ska peka uppåt (blått) eller nedåt (rött) och atomerna med motsatt spinn ordnar sig naturligt i ett omväxlande mönster (översta raden). Vågen överför snurran och ändrar successivt närliggande värden. Illustration: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Kvantsimulatorer använder kvantegenskaper hos verkliga föremål som atomer, joner eller molekyler för att lösa problem som är svåra eller omöjliga att lösa med konventionella datorer. I Rice Universitys spinnladdningssimulator ersätter ultrakalla litiumatomer elektroner, och ljuskanalen är en endimensionell tråd.
När en elektron kolliderar med en annan, kommer denöverför energi som för den senare till ett högre energitillstånd. I ett tredimensionellt material förs en exciterad elektron bort, kolliderar med något, förlorar lite energi, flyger i en ny riktning för att kollidera med något annat, och så vidare, förklarar forskarna.
I trådens endimensionella utrymme kommer rörelsen att varakollektivt: när du "trycker" på en elektron överför den trycket till nästa, och så vidare. Tomonaga och Luttinger förutspådde att spinnexcitationsvågor skulle färdas långsammare än laddningsvågor. Experimentella data bekräftade denna teori, med vågutbredningshastigheterna som exakt matchade förutsägelserna från moderna beräkningar för Luttinger-vätskan.
Forskare observerade separation av spinn och laddningi fasta material, men de såg det inte i en tydlig eller kvantifierbar form. Vårt experiment är verkligen det första där kvantitativa mätningar erhålls som kan jämföras med en nästan exakt teori.
Randy Hewlett, fysiker vid Rice University och en av författarna till studien
Författarna till arbetet noterar att resultaten inte är detinte bara teoretiskt utan också praktiskt. Den konstanta minskningen av volymen av mikrokretsar leder till skapandet av ledningar nära ettdimensionellt utrymme, vilket innebär att kvanteffekter kommer att börja påverka driften av sådana enheter. Dessutom kommer forskningen att hjälpa till i utvecklingen av teknologi för topologiska kvantdatorer som kommer att koda information i dekoherensfria qubits.
Läs mer:
Japanerna dumpade en gigantisk turbin i havet för att få oändlig energi från strömmen.
Astronomer från Japan har hittat en okänd struktur i galaxen
Forskare filmade ett "dolt" ekosystem i en flod i Antarktis