Tech

ภาพที่ชัดเจนที่สุดของอนุภาคอิเล็กทรอนิกส์ที่ประกอบเป็นของเหลวควอนตัมสปิน

เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์จาก Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ได้จับภาพวิธีการที่อิเล็กตรอนใน QSL สลายตัวเป็นสปิน และถ่าน ซึ่งแตกต่างจากการศึกษาอื่น ๆ ที่ได้เห็นรอยเท้าของปรากฏการณ์นี้ การศึกษานี้มีภาพจริงของสถานะที่สปินนอนอาศัยอยู่

ในของเหลวสถานะควอนตัม (QSL), สปิน- อนุภาคที่คล้ายกันเรียกว่าสปินนอนและอนุภาคคล้ายประจุที่เรียกว่าชาร์กอน สปินเป็นเหมือนบิ๊กฟุตของ ควอนตัมฟิสิกส์ พวกเขาไม่มีประจุไฟฟ้า จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องพึ่งพาเทคนิคอื่นๆ ในการค้นหาลายเซ็น

การศึกษาใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงวิธีการระบุ spions ใน QSL ด้วยการถ่ายภาพการกระจายของพวกมันในวัสดุ นักวิทยาศาสตร์เริ่มต้นด้วยการปลูกตัวอย่างแทนทาลัมไดเซลีไนด์ (1T-TaSe2) ชั้นเดียวที่มีความหนาเพียงสามอะตอม โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า angle-resolved photoemission spectroscopy ซึ่งใช้รังสีเอกซ์ นักวิทยาศาสตร์จึงจำแนกฟิล์มบางได้

ต่อมา นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนอุโมงค์ (STM) นักวิทยาศาสตร์สามารถ ฉีดอิเล็กตรอนจากเข็มโลหะเข้าไปในตัวอย่างแทนทาลัม diselenide TMDC ภาพที่รวบรวมโดยการสแกนสเปกโตรสโคปีของอุโมงค์ (STS) เผยให้เห็นสิ่งที่ไม่คาดคิดเลยทีเดียว นั่นคือ ชั้นของคลื่นลึกลับที่มีความยาวคลื่นมากกว่าหนึ่งนาโนเมตร (1 พันล้านเมตร) ปกคลุมพื้นผิวของวัสดุ

electron breaking apart
ภาพประกอบของการแตกอิเล็กตรอน แยกออกเป็นอนุภาคสปินนอนโกสต์และชาร์กอนภายในของเหลวสปินควอนตัม (เครดิต: Mike Crommie et al./Berkeley Lab)

หัวหน้าการศึกษา Mike Crommie นักวิทยาศาสตร์ระดับสูงของคณะที่ Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) และศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่ UC กล่าวว่า “ความยาวคลื่นยาวที่เราเห็นไม่สอดคล้องกับพฤติกรรมที่ทราบของคริสตัล เราเกาหัวของเราเป็นเวลานาน อะไรทำให้เกิดการมอดูเลตความยาวคลื่นยาวในคริสตัลได้ เราตัดคำอธิบายทั่วไปออกทีละรายการ เรารู้เพียงเล็กน้อยว่านี่เป็นลายเซ็นของอนุภาคสปินนอน”

เมื่อนักวิทยาศาสตร์ฉีด อิเล็กตรอนเป็น QSL จะแตกออกเป็นสองอนุภาคภายใน QSL– spinons (หรือที่เรียกว่าอนุภาคผี) และ chargons สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากวิธีการพิเศษที่การหมุนและการชาร์จใน QSL โต้ตอบกัน อนุภาคผีสปินนอนจบลงด้วยการหมุนแยกกัน ในขณะที่ถ่านชาร์กอนต่างหากที่แบกรับค่าไฟฟ้า

ครอมมี กล่าวว่า , “ภาพ STM/STS แสดงให้เห็นว่าถ่านชาร์กอนหยุดนิ่ง ก่อตัวขึ้นตามที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าดาวแห่ง- เดวิดชาร์จความหนาแน่นคลื่น ในขณะเดียวกัน Spinons ได้รับ “ประสบการณ์นอกร่างกาย” ขณะที่แยกจากถ่านที่ตรึงและเคลื่อนที่อย่างอิสระผ่านวัสดุ “

“สิ่งนี้ไม่ปกติเนื่องจากในวัสดุทั่วไป อิเล็กตรอนจะมีทั้งการหมุนและประจุรวมกันเป็นอนุภาคเดียวดังที่ พวกเขาเคลื่อนไหว” เขาอธิบาย “ปกติพวกมันจะไม่แตกแยกในลักษณะตลก ๆ นี้”

“วันหนึ่ง QSL อาจเป็นพื้นฐานของควอนตัมบิตที่แข็งแกร่ง (qubits) ที่ใช้สำหรับ ควอนตัม การคำนวณ. ในการคำนวณทั่วไป bit เข้ารหัสข้อมูลเป็นศูนย์หรือหนึ่ง แต่ a qubit สามารถเก็บทั้งสองไว้ได้ ศูนย์และหนึ่งพร้อมกัน อาจทำให้การคำนวณบางประเภทเร็วขึ้น การทำความเข้าใจว่า spinons และ chargons ทำงานอย่างไรใน QSL สามารถช่วยการวิจัยขั้นสูงในด้านการประมวลผลยุคหน้า”

“ส่วนหนึ่งของความสวยงามของหัวข้อนี้คือ การโต้ตอบที่ซับซ้อนทั้งหมดภายใน QSL รวมกันเป็นอนุภาคผีธรรมดาที่กระเด้งไปมาภายใน คริสตัล การได้เห็นพฤติกรรมนี้ค่อนข้างน่าประหลาดใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเราไม่ได้มองหามันด้วยซ้ำ”

การอ้างอิงวารสาร:

  1. รวน ว. เฉิน Y ., Tang, S. et al. หลักฐานสำหรับพฤติกรรมของเหลวควอนตัมสปินใน 1T-TaSe2 ชั้นเดียวจากการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ แนท. สรีรวิทยา (2021). ดอย: 10.1038/s41567-021-01321-0

  • จังหวัดตรังủ
  • ธุรกิจ
  • อาหาร
  • ไลฟ์สไตล์
  • เทค

  • วางตลาดดิจิทัล (การตลาดดิจิทัล)
  • Back to top button