Ультрахолодный молекулярный квантовый газ

04.12.2020

Американские физики впервые получили управляемое состояние ультрахолодного молекулярного квантового газа, которое может иметь множество практических приложений - от приборов сверхточных измерений до квантовых вычислений.

В классическом понимании газ состоит из большого числа хаотически двигающихся частиц. Когда газ охлаждается почти до абсолютного нуля, молекулы перестают вести себя как частицы и приобретают свойства волн, которые перекрываются. Это состояние называют квантовым газом, а температура перехода молекулярного газа в квантовое состояние - температурой вырождения.
Свойства квантового газа зависят от степени его вырождения, когда молекулы газа как частицы отталкиваются друг от друга, но взаимодействуют на больших расстояниях благодаря своим перекрывающимся волнам, электрическим дипольным моментам и другим характеристикам.

Исследователи из JILA - совместного учреждения Национального института стандартов и технологий США (NIST) и Университета Колорадо в Боулдере - разработали инструменты для "включения" состояния ультрахолодного молекулярного квантового газа и контроля над межмолекулярными взаимодействиями на больших расстояниях.

Ультрахолодные квантовые газы потенциально могут найти применение в приборах сверхточных измерений, для моделирования экстремальных состояний материи, создания квантовых многочастичных систем и в квантовых вычислениях.

По мнению авторов, новая схема подталкивания молекулярного газа к его низшему энергетическому состоянию, называемому квантовым вырождением, при котором подавляются химических реакции, разрушающие молекулы, позволят исследовать экзотические квантовые состояния, в которых все молекулы взаимодействуют друг с другом.

Исследователи создали при температуре 250 нанокельвинов - чуть выше абсолютного нуля - плотный газ из примерно двадцати тысяч дипольных молекул калия-рубидия, которые в электрическом поле ведут себя как крошечные магниты, из-за того, что атомы рубидия обладают положительным зарядом, а атома калия - отрицательным.

Медленное включение горизонтального электрического поля в течение сотен миллисекунд уменьшало силу ловушки в одном направлении на время, достаточное для того, чтобы горячие молекулы вылетали, а оставшиеся молекулы охлаждались. В конце этого процесса молекулы вернулись в свое наиболее стабильное состояние, но теперь в более плотном газе.

<< Назад: Мозговые импланты для восстановления зрения 05.12.2020

>> Вперед: Музыкальный и математический дар взаимосвязаны 04.12.2020

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 Квантовый компьютер для бедных 29.09.2019 Исследователи из университетов Тохоку и Пердью разработали нетрадиционную вычислительную схему, построенную на использовании тепловых флуктуаций, и продемонстрировали работоспособность этой концепции для вероятностных вычислений. Вероятностные вычисления - вычисления с использованием вероятностных битов, или p-битов, состояние которых колеблется во времени между "0" и "1". Можно провести аналогию с квантовыми вычислениями, в которых используется суперпозиция квантовых битов или q-битов, принимающих значения "0" и "1" одновременно (точнее способных находиться в их суперпозиции). В созданном исследователями элементарном вероятностном компьютере, основанном на концепциях асинхронных нейронных сетей, p-биты были реализованы в стохастическом магнитном туннельном переходе (s-MTJ). Для демонстрации была выбрана целочисленная факторизация как наглядный пример задач оптимизации. Ожидается, что квантовые вычисления помогут решить сложные задачи, включая оптимизацию, которые классические компьютеры эффективно решить не могут. В то время как большинство q-битов работают при чрезвычайно низкой температуре и часто взаимодействуют только с соседними q-битами, p-биты спинтроники могут использоваться как q-биты, но работают при комнатной температуре с возможностью корреляции электрическими средствами с несколькими p-битами даже на больших расстояниях. Кроме того, p-биты могут быть реализованы путем небольшого изменения технологии магниторезистивной памяти с произвольным доступом (MRAM). Продемонстрированная вычислительная схема, основанная на технологии спинтроники, особенно привлекательна для определенных классов задач, где приемлемы приближенные решения, потому что вероятностный компьютер использует естественную стохастичность s-MTJ вместо искусственного введения ее в детерминированный компьютер. По сравнению с квантовыми компьютерами вероятностные компьютеры спинтроники привлекательны с точки зрения работы при комнатной температуре, простоты реализации и наличия хорошо освоенных технологий MRAM.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025