Material Quantum Baru Ditemukan – Dengan Properti Luar Biasa

Senyawa serium, rutenium, dan timah – dengan khasiat luar biasa. Kredit: ANDA Wien

Sebuah tim peneliti TU Wien bersama dengan lembaga penelitian AS telah menemukan bentuk yang mengejutkan dari “kekritisan kuantum”; ini bisa mengarah pada desain konsep untuk material baru.

Dalam kehidupan sehari-hari, transisi fase biasanya berkaitan dengan perubahan suhu – misalnya, saat es batu memanas dan mencair. Tetapi ada juga jenis transisi fasa yang berbeda, tergantung pada parameter lain seperti medan magnet. Untuk memahami sifat kuantum material, transisi fasa sangat menarik ketika diverifikasi langsung di u surga mutlak titik suhu. Transisi ini disebut “transisi fase kuantum” atau “titik kritis kuantum”.

Titik kritis kuantum kini telah ditemukan oleh tim peneliti Austria-Amerika dalam materi baru, dan dalam bentuk yang luar biasa perawan. Sifat bahan ini sekarang sedang diselidiki lebih lanjut. Diduga bahwa material tersebut bisa jadi yang disebut Weyl-Kondo semimetal, yang dianggap memiliki potensi besar untuk teknologi kuantum karena keadaan kuantum khusus (disebut keadaan topologi). Jika itu terbukti benar, kunci untuk pengembangan material kuantum topologi yang ditargetkan akan ditemukan. Hasilnya ditemukan atas kerjasama antara TU Wien, Johns Hopkins University, National Institute of Standards and Technology (NIST) dan Rice University dan kini telah dipublikasikan di jurnal tersebut. Ilmu Lanjutan.

Kekritisan kuantum – lebih sederhana dan lebih jelas dari sebelumnya

“Perilaku kritis kuantum biasanya dipelajari pada logam atau isolator. Tapi kami sekarang melihat semi-logam, “kata Profesor Silke Bühler-Paschen dari Institut Fisika Solid State TU Wien. Materi ini terdiri dari serium, rutenium, dan timah – dengan sifat mulai dari logam dan semikonduktor.

Biasanya, kekritisan kuantum hanya dapat dibuat di bawah kondisi lingkungan yang sangat spesifik – tekanan atau medan elektromagnetik tertentu. “Anehnya, bagaimanapun, semimetal kami telah menjadi kuantum kritis tanpa pengaruh dari luar,” kata Wesley Fuhrman, seorang mahasiswa doktoral dalam tim Profesor Collin Broholm di Universitas Johns Hopkins, yang telah memberikan kontribusi penting pada hasil dengan difusi neutron. pengukuran. “Biasanya Anda harus bekerja keras untuk menghasilkan kondisi lab yang tepat, tetapi semi-logam ini menyediakan kekritisan kuantumnya sendiri.”

Hasil yang mengejutkan ini mungkin terkait dengan fakta bahwa perilaku elektron dalam material ini memiliki beberapa karakteristik khusus. “Ini adalah sistem elektron yang sangat berkorelasi.” Ini berarti bahwa elektron berinteraksi kuat satu sama lain, dan Anda tidak dapat menjelaskan perilakunya dengan melihat elektron secara individual, “kata Bühler-Paschen.” Interaksi elektronik ini mengarah pada apa yang disebut efek Kondo. Di sini, spin kuantum dalam materi dilindungi oleh elektron yang mengelilinginya, sehingga spin tidak lagi berpengaruh pada materi lainnya. “

Jika elektron bebasnya relatif sedikit, seperti halnya dalam semimetal, maka efek Kondo tidak stabil. Ini bisa menjadi alasan perilaku kritis kuantum material: sistem berfluktuasi antara keadaan dengan dan keadaan tanpa efek Kondo, dan ini memiliki efek transisi fase pada suhu nol.

Fluktuasi kuantum dapat menyebabkan partikel Weyl

Alasan utama mengapa hasil tersebut sangat penting adalah karena diduga terkait erat dengan fenomena “Weyl fermions”. Dalam padatan, fermion Weyl dapat muncul dalam bentuk kuasipartikel – yaitu, sebagai kegembiraan kolektif seperti gelombang di kolam. Menurut prediksi teoretis, fermion Weyl seperti itu pasti ada dalam materi ini, “kata fisikawan teoretis Qimiao Si dari Universitas Rice. Namun, bukti eksperimental belum ditemukan.” Kami menduga bahwa kekritisan kuantum yang kami amati mendukung kehadiran semacam itu. Weyl fermion, “kata Silke Bühler-Paschen.” Oleh karena itu, fluktuasi kritis kuantum dapat memiliki efek menstabilkan pada Weyl fermion, dengan cara yang mirip dengan fluktuasi kritis kuantum dalam superkonduktor suhu tinggi yang menyatukan superkonduktor Cooper.. Ini adalah pertanyaan yang sangat mendasar yang menjadi subjek dari banyak penelitian di seluruh dunia, dan kami menemukan titik panas yang sama sekali baru di sini. “

Tampaknya efek kuantum tertentu – yaitu fluktuasi kuantum kritis, efek Kondo, dan fermion Weyl – terjalin erat dalam materi yang baru ditemukan dan, bersama-sama, menimbulkan keadaan Weyl-Kondo yang eksotis. Ini adalah keadaan “topologis” dengan stabilitas besar yang, tidak seperti keadaan kuantum lainnya, tidak dapat dengan mudah dihancurkan oleh gangguan eksternal. Ini membuatnya sangat menarik untuk komputer kuantum.

Untuk memverifikasi semua ini, pengukuran lain di bawah kondisi eksternal yang berbeda harus dilakukan. Tim memprediksi bahwa interaksi serupa dari berbagai efek kuantum juga akan ditemukan di materi lain. “Hal ini dapat mengarah pada terciptanya konsep desain yang dengannya bahan tersebut dapat secara khusus ditingkatkan, diadaptasi, dan digunakan untuk aplikasi beton,” kata Bühler-Paschen.

Referensi: “Kekritisan kuantum murni dalam kondom semimetal” oleh Wesley T. Fuhrman, Andrey Sidorenko, Jonathan Hänel, Hannes Winkler, Andrey Prokofiev, Jose A. Rodriguez-Rivera, Yiming Qiu, Peter Blaha, Qimiao Si, Collin L. Broholm dan Silke Paschen, 19 Mei 2021, Ilmu Lanjutan.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf9134

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.