Heteroyapıda Ağır Fermiyon Fiziği

Fizikçiler, normalde nadir toprak bileşikleri gerektiren kuantum özelliklere sahip yeni bir ultra ince iki katmanlı malzeme yarattılar. Kredi bilgileri: Heikka Valja

Araştırmacılar, iki boyutlu malzemeleri birleştirerek, nadir toprak bileşiklerini taklit eden makroskopik bir kuantum dolaşık durum yaratırlar.

Fizikçiler, normalde nadir toprak bileşikleri gerektiren kuantum özelliklere sahip yeni bir ultra ince iki katmanlı malzeme yarattılar. Nispeten yapımı kolay olan ve nadir toprak metalleri içermeyen bu malzeme, metal üretimi için yeni bir platform sağlayabilir. kuantum hesaplama ve geleneksel olmayan süperiletkenlik ve kuantum kritikliği üzerine araştırmaları ilerletmek.

Araştırmacılar, görünüşte yaygın olan malzemelerden yola çıkarak, maddenin kökten yeni bir kuantum halinin ortaya çıkabileceğini gösterdi. Keşif, gösterge teorisi gibi ortaya çıkan kuantum fenomenlerini araştırmak için kullanabilecekleri bir kuantum spin sıvısı yaratma çabalarından ortaya çıktı. Bu, atomik olarak ince bir tantal disülfid tabakasının üretilmesini içerir, ancak süreç aynı zamanda iki tabakadan oluşan adalar da yaratır.

Ekip bu adaları incelediğinde, iki katman arasındaki etkileşimlerin, Kondo etkisi olarak bilinen bir fenomeni indüklediğini ve ağır fermiyon sistemi üreten makroskopik olarak dolaşmış bir madde durumuna yol açtığını buldular.


Viliam Vaňo ve meslektaşları, normalde nadir toprak bileşikleri gerektiren kuantum özelliklerine sahip yeni bir ultra ince iki katmanlı malzeme yarattı. Bu malzeme, kuantum bilgisayarları geliştirebilir ve araştırmaları süper iletkenlik ve kuantum kritikliği konusunda ilerletebilir. Bu röportajda Vaňo, bu keşfin nasıl yapıldığının hikayesini anlatıyor.

Kondo etkisi, bir malzemenin elektrik direncinin sıcaklıkla değişmesine neden olan manyetik safsızlıklar ve elektronlar arasındaki bir etkileşimdir. Bu, elektronların daha fazla kütleye sahipmiş gibi davranmasıyla sonuçlanır ve bu bileşiklerin ağır fermiyon malzemeleri olarak adlandırılmasına neden olur. Bu fenomen, nadir toprak elementleri içeren malzemelerin ayırt edici özelliğidir.

Ağır fermiyon malzemeleri, kuantum malzemeleri araştırmaları da dahil olmak üzere, son teknoloji fiziğin çeşitli alanlarında önemlidir. “Karmaşık kuantum malzemelerinin incelenmesi, doğal olarak oluşan bileşiklerin özellikleri tarafından engelleniyor. Amacımız, laboratuvarda gerçekleştirilebilecek egzotik fenomen yelpazesini genişletmek için harici olarak kolayca ayarlanabilen ve kontrol edilebilen yapay tasarımcı malzemeleri üretmek” diyor Profesör Peter Liljeroth.

Örneğin, ağır fermiyon malzemeleri, çevreden gelen gürültüye ve bozulmaya karşı daha dayanıklı kübitler oluşturmak için yararlı olabilecek, kuantum bilgisayarlardaki hata oranlarını azaltan topolojik süper iletkenler olarak hareket edebilir. Liljeroth’un grubundaki doktora öğrencisi ve makalenin baş yazarı Viliam Vaňo, “Bunu gerçek hayatta yaratmak, elektrikli cihazlara kolayca entegre edilebilen ve harici olarak ayarlanabilen ağır bir fermiyon malzeme sistemine sahip olmaktan büyük fayda sağlayacaktır” diye açıklıyor.

Yeni malzemedeki her iki katman da tantal sülfür olmasına rağmen, özelliklerinde ince ama önemli farklılıklar vardır. Bir katman, elektronları ileten bir metal gibi davranırken, diğer katman, elektronların düzenli bir kafes halinde lokalize olmasına neden olan yapısal bir değişikliğe sahiptir. İkisinin kombinasyonu, hiçbir katmanın tek başına sergilemediği ağır fermiyon fiziğinin ortaya çıkmasıyla sonuçlanır.

Bu yeni ağır fermiyon malzemesi aynı zamanda kuantum kritikliğini araştırmak için güçlü bir araç sunuyor. Profesör Jose Lado, “Malzeme, bir toplu kuantum durumundan diğerine, örneğin normal bir mıknatıstan dolaşmış bir ağır fermiyon malzemesine doğru hareket etmeye başladığında, kuantum açısından kritik bir noktaya ulaşabilir” diye açıklıyor. “Bu durumlar arasında, tüm sistem kritiktir, en ufak bir değişikliğe güçlü bir şekilde tepki verir ve daha da egzotik kuantum maddeyi tasarlamak için ideal bir platform sağlar.”

Liljeroth, “Gelecekte, sistemin her bir tabakanın diğerine göre dönüşüne nasıl tepki verdiğini keşfedeceğiz ve malzemeyi kuantum kritik davranışa ayarlamak için katmanlar arasındaki bağlantıyı değiştirmeye çalışacağız” diyor.

Referans: Viliam Vaňo, Mohammad Amini, Somesh C. Ganguli, Guangze Chen, Jose L. Lado, Shawulienu Kezilebieke ve Peter Liljeroth tarafından “Bir van der Waals heterostructure’da yapay ağır fermiyonlar”, 24 Kasım 2021, Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-04021-0





#Kuantum #Hesaplama #için #Yeni #Platform #Yapay #Malzeme #Kuantum #Dolaşık #Nadir #Toprak #Bileşiklerini #Taklit #Eder