Квантовая спин-жидкость

20.12.2021

Новое экзотическое состояние материи, возможность существования которого была обоснована теоретически более 50 лет назад, впервые в истории было получено в лабораторных условиях. Созданный исследователями из Гарвардского университета, этот материал называется квантовой спин-жидкостью, а его дальнейшее изучение и использование позволит создать ряд новых технологий, способных оказать большое влияние на дальнейшее развитие квантовых вычислений и коммуникаций.

Для того, чтобы какой-нибудь материал обладал магнитными свойствами требуется, чтобы вращение электронов атомов этого материала было выровнено в одном направлении. Несколько иные типы магнетизма могут наблюдаться, когда вращение электронов в материале чередуется, подобно клеткам шахматной доски, тем не менее, такие материалы все еще обладают экзотическими магнитными свойствами за счет упорядоченности спинов электронов.

В 1973 году американский физик Philip Anderson (Philip Anderson) выдвинул гипотезу о возможности существования состояния материи, называемого квантовой спин-жидкостью, которая не подчиняется описанным чуть выше правилам. Такая жидкость возникает при охлаждении материи до такого состояния, когда она еще не превращается в твердое тело и электроны не занимают строго заданное положение и, как следствие, не выравнивают свои спины в одном направлении. Вместо этого спины электронов находятся в постоянном движении, они все запутываются друг с другом, образуя очень сложное единое квантовое состояние.

Для создания квантовой спин-жидкости гарвардские исследователи использовали так называемый квантовый симулятор, что-то вроде примитивного квантового компьютера, ориентированного на решение только одной единственной задачи. Основу этого симулятора составляют 219 атомов, расположенных в узлах сетки оптической ловушки, созданной с помощью лазерных лучей. Кроме этого, при помощи света дополнительных лазеров можно управлять каждым из атомов, меняя направление спина его электрона.

Ученые расположили атомы в ловушке в виде решетки, в среде которой у каждого из атомов имеется два ближайших соседа. Пара электронов может стабилизироваться и выровнять значения их спинов, но присутствие электрона третьего соседнего атома разрушает баланс, создавая то, что ученые называют "разбитым магнитом", магнитом, который не в состоянии стабилизироваться самостоятельно.

И в результате все эти атомы сформировали некоторое количество квантовой спин-жидкости, обладающей несколькими полезными квантовыми свойствами. Первое, атомы жидкости находятся в запутанном состоянии, они могут влиять друг на друга даже на большом расстоянии, что можно использовать для осуществления телепортации квантовой информации. Вторым свойством является то, что все атомы жидкости находятся в состоянии суперпозиции, т.е. их электроны могут вращаться сразу в двух направлениях. Оба этих свойства являются основными "причудами" квантовой механики, которые используются сегодня для создания квантовых компьютеров.

<< Назад: Бумажные батареи 21.12.2021

>> Вперед: Переработка углекислого газа в ракетное топливо 20.12.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Древний лед Антарктики 01.01.2026

Изучение древних ледниковых слоев - один из самых надежных способов понять, как формировался климат Земли и как он может изменяться в будущем. Недавнее открытие международной группы исследователей в Антарктике дает уникальную возможность заглянуть на миллионы лет назад и получить ценную информацию о атмосфере нашей планеты. В районе Аллан-Хиллс ученые пробурили керны древнего льда и обнаружили слои, возраст которых оценивается примерно в 6 миллионов лет. Это старейший лед, когда-либо найденный на Земле и датированный напрямую, что делает находку беспрецедентной в истории климатологии. Особое значение имеют крошечные пузырьки воздуха, запечатленные в ледяных кристаллах. Они служат настоящими "капсулами времени", сохраняя состав атмосферы прошлого. Анализ этих пузырьков позволяет восстановить климатические условия древней Земли, когда средние температуры были выше современных, а уровень океанов значительно выше нынешнего. Древние ледяные керны можно рассматривать как подробные х ...>>

Нано-уровень управления светом 31.12.2025

Современная нанофотоника стремится превратить свет в инструмент точного управления на микроскопическом уровне. Недавние исследования международной команды ученых открывают новые возможности в этой области, позволяя манипулировать светоматериальными волнами на наноуровне с беспрецедентной точностью. Такие достижения могут стать ключом к созданию сверхбыстрых коммуникационных систем и высокочувствительных сенсоров. В центре внимания исследователей оказались гиперболические фонон-поляритоны - особый тип волн, возникающих при взаимодействии света с колебаниями вещества. Эти волны способны концентрировать свет в пространственных масштабах, значительно меньших длины его волны, что позволяет создавать устройства с высокой плотностью интеграции и повышенной функциональностью. Работа велась совместно учеными из Шанхайского транспортного университета, Национального центра нанонауки и технологий Китая, а также коллегами из Испании. Они предложили двухэтапную схему возбуждения волн: сначала ...>>

Случайная новость из Архива Зарядное устройство смартфона преобразует бытовой шум в электричество 23.08.2014 Исследователи из фирмы Nokia и Лондонского университета королевы Марии создали действующую систему зарядки мобильных телефонов, использующую звуковые волны. Об этом сообщил ресурс Gizmag. Сама идея такой системы была предложена в 2010 г. корейскими учеными. Она должна была действовать с использованием пьезоэлектрического эффекта: нанопровода на основе оксида цинка должны преобразовывать в электричество вызванные звуком вибрации. Но только сейчас европейским инженерам удалось достичь силы тока такого уровня, который оказался вполне достаточным для зарядки мобильных устройств. Как и коллеги из Кореи, ученые из Nokia и Лондонского университета использовали лист с наностержнями из оксида цинка: они вырабатывают электрический ток, сгибаясь под действием механической нагрузки (например, звуковых волн). Исследователи распылили на поверхности листа пластмассы жидкий оксид цинка. Затем лист пластмассы поместили в смесь химических веществ и подвергли нагреву до 90°С. В результате оксид цинка преобразовался в "лес" из наностержней. Затем лист поместили между двух золотых электроконтактных панелей из золота (с целью снижения расходов, разработчики предлагают делать их из обыкновенной алюминиевой фольги). Получившийся опытный образец устройства равен по площади некоторым смартфонам и может на одних лишь повседневных шумах (музыка, голоса, гул машин) генерировать электрический ток напряжением до 5 В. Для сравнения, корейским исследователям в своих экспериментах удалось добиться напряжения лишь в 50 мВ. О силе тока в цепи источник не сообщает, но упоминается, что получаемой энергии вполне достаточно, чтобы заражать мобильный телефон. "Возможность отказаться от использования аккумуляторных батарей в мобильных телефонах, воспользовавшись рассеянной повсюду энергии, - это просто потрясающая идея. Мы надеемся, что сможем приблизить ее реализацию на практике", - заявил доктор Джо Бриско (Joe Briscoe), ведущий автор проекта.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025