พวกเขาอาจจะทำมัน

ในบทความฉบับใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Materialsผู้อำนวยการร่วมของ Foundry และศาสตราจารย์ด้านวัสดุของ UCSB Stephen Wilson และผู้เขียนร่วมหลายคน รวมถึงผู้ทำงานร่วมกันที่สำคัญที่ Princeton University ได้ศึกษาวัสดุใหม่ที่พัฒนาขึ้นใน Quantum Foundry ในฐานะตัวนำยิ่งยวดของผู้สมัคร - วัสดุที่ความต้านทานไฟฟ้าหายไปและสนามแม่เหล็กถูกขับออก - ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการคำนวณควอนตัมในอนาคต

บทความก่อนหน้านี้ที่ตีพิมพ์โดยกลุ่มของวิลสันในวารสาร Physical Review Letters และนำเสนอในนิตยสาร Physics อธิบายถึงวัสดุใหม่ ซีเซียม วานาเดียม แอนติโมไนด์ (CsV 3 Sb 5)ซึ่งแสดงส่วนผสมที่น่าแปลกใจของลักษณะที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบที่จัดตัวเองของประจุที่พันกัน สถานะตัวนำยิ่งยวด การค้นพบนี้ถูกสร้างขึ้นโดย Elings หลังปริญญาเอกเพื่อน Brenden อาร์ออร์ติซ ตามที่ปรากฎ Wilson กล่าวว่าคุณลักษณะเหล่านี้ใช้ร่วมกันโดยวัสดุที่เกี่ยวข้องจำนวนหนึ่ง ได้แก่ RbV 3 Sb 5และ KV 3 Sb 5ฉบับหลัง (ส่วนผสมของโพแทสเซียม วานาเดียม และพลวง) เป็นหัวข้อของบทความล่าสุดนี้ เรื่อง "การค้นพบลำดับประจุ chiral ที่ไม่เป็นทางการในคาโกเมะตัวนำยิ่งยวด KV 3 Sb 5 "

วัสดุในกลุ่มของสารประกอบนี้ Wilson ตั้งข้อสังเกตว่า "คาดว่าจะเป็นเจ้าภาพฟิสิกส์คลื่นความหนาแน่นของประจุที่น่าสนใจ [นั่นคืออิเล็กตรอนของพวกมันจะจัดระเบียบตัวเองให้เป็นรูปแบบที่ไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งไซต์โลหะในสารประกอบ] ลักษณะเฉพาะของตัวเองนี้ -การจัดรูปแบบอิเล็กตรอนเป็นจุดสนใจของงานในปัจจุบัน"

สถานะคลื่นความหนาแน่นของประจุที่คาดการณ์ไว้นี้และฟิสิกส์ที่แปลกใหม่อื่นๆ เกิดจากเครือข่ายของไอออนวาเนเดียม (V) ภายในวัสดุเหล่านี้ ซึ่งก่อให้เกิดเครือข่ายการแบ่งปันมุมของรูปสามเหลี่ยมที่เรียกว่าคาโกเมะแลตทิซ KV 3 Sb 5ถูกค้นพบว่าเป็นโลหะหายากที่สร้างขึ้นจากระนาบคาโงเมะซึ่งเป็นตัวนำยิ่งยวด คุณสมบัติอื่น ๆ ของวัสดุบางอย่างทำให้นักวิจัยคาดการณ์ว่าประจุในวัสดุนั้นอาจก่อให้เกิดกระแสเล็ก ๆ ที่สร้างสนามแม่เหล็กในท้องถิ่น

นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุและนักฟิสิกส์คาดการณ์มานานแล้วว่าวัสดุสามารถสร้างขึ้นได้ซึ่งจะแสดงประเภทของลำดับคลื่นความหนาแน่นของประจุซึ่งจะทำลายสิ่งที่เรียกว่าสมมาตรการพลิกกลับของเวลา "นั่นหมายความว่ามันมีโมเมนต์แม่เหล็กหรือสนามที่เกี่ยวข้องกับมัน" วิลสันกล่าว "คุณสามารถจินตนาการได้ว่ามีรูปแบบบางอย่างบนโครงตาข่ายคาโงเมะที่ประจุเคลื่อนที่เป็นวงเล็ก ๆ วงนั้นเป็นเหมือนวงวนกระแสและจะให้สนามแม่เหล็กแก่คุณ สถานะดังกล่าวจะเป็นสถานะอิเล็กทรอนิกส์ใหม่ ของสสารและจะมีผลลัพธ์ที่สำคัญสำหรับความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ไม่เป็นทางการ"

บทบาทของกลุ่ม Wilson คือการสร้างวัสดุและกำหนดคุณสมบัติจำนวนมาก จากนั้นทีมพรินซ์ตันจึงใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนอุโมงค์ความละเอียดสูง (STM) เพื่อระบุสิ่งที่พวกเขาเชื่อว่าเป็นลายเซ็นของรัฐดังกล่าว ซึ่งวิลสันกล่าวว่า "ยังถูกตั้งสมมติฐานว่ามีอยู่ในตัวนำยิ่งยวดผิดปกติอื่นๆ เช่น ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง แม้ว่าจะไม่ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนก็ตาม”

STM ทำงานโดยการสแกนปลายลวดโลหะที่แหลมมากบนพื้นผิว โดยการนำส่วนปลายมาไว้ใกล้พื้นผิวอย่างยิ่งและใช้แรงดันไฟฟ้ากับส่วนปลายหรือกับตัวอย่าง สามารถถ่ายภาพพื้นผิวลงไปที่ระดับของการแยกอะตอมแต่ละส่วนและตำแหน่งที่กลุ่มอิเล็กตรอน ในบทความนี้ นักวิจัยได้อธิบายการเห็นและวิเคราะห์รูปแบบของประจุไฟฟ้า ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามสนามแม่เหล็ก การเชื่อมต่อกับสนามแม่เหล็กภายนอกนี้แสดงให้เห็นสถานะคลื่นความหนาแน่นของประจุที่สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง

นี่เป็นงานประเภทเดียวกับที่ Quantum Foundry ก่อตั้งขึ้น "ผลงานของโรงหล่อมีความสำคัญ" วิลสันกล่าว "มันมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาวัสดุเหล่านี้ และนักวิจัยโรงหล่อได้ค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดในพวกมัน จากนั้นจึงพบลายเซ็นที่บ่งชี้ว่าพวกเขาอาจมีคลื่นความหนาแน่นของประจุ ตอนนี้ วัสดุเหล่านี้กำลังได้รับการศึกษาทั่วโลก เนื่องจากมีแง่มุมต่างๆ ของ ความสนใจไปยังชุมชนต่างๆ มากมาย

"ตัวอย่างเหล่านี้เป็นที่สนใจของผู้คนในข้อมูลควอนตัมในฐานะตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยีที่มีศักยภาพ" เขากล่าวต่อ "พวกมันเป็นที่สนใจของผู้ที่ศึกษาฟิสิกส์ใหม่ในโลหะทอพอโลยี เพราะพวกเขาอาจมีผลสหสัมพันธ์ที่น่าสนใจ ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับอีกคนหนึ่ง และนั่นก็อาจเป็นสิ่งที่ทำให้สถานะของคลื่นความหนาแน่นของประจุนี้เกิดขึ้น และพวกเขา เป็นที่สนใจของผู้ที่ใฝ่หาความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง เพราะมีองค์ประกอบที่ดูเหมือนจะเชื่อมโยงกับคุณลักษณะบางอย่างที่เห็นในวัสดุเหล่านั้น แม้ว่า KV 3 Sb 5ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ"

ถ้า KV 3 Sb 5กลายเป็นสิ่งที่สงสัยว่าจะเป็น ก็สามารถใช้เพื่อทำให้ qubit ทอพอโลยีมีประโยชน์ในการประยุกต์ใช้ข้อมูลควอนตัม ตัวอย่างเช่น วิลสันกล่าวว่า "ในการสร้างคอมพิวเตอร์ทอพอโลยี เราต้องการสร้าง qubits ที่ประสิทธิภาพได้รับการปรับปรุงโดยสมมาตรในวัสดุ ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่ได้มีแนวโน้มที่จะถอดรหัส [การแยกส่วนของรัฐควอนตัมที่พันกันหายวับไปเป็นอุปสรรคสำคัญใน การคำนวณควอนตัม] ดังนั้นจึงมีความจำเป็นน้อยลงสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดทั่วไป

"มีเพียงสถานะบางประเภทที่คุณสามารถหาได้ว่าเป็นทอพอโลยี qubit และตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยีคาดว่าจะเป็นเจ้าภาพ" เขากล่าวเสริม "วัสดุดังกล่าวหายาก ระบบนี้อาจน่าสนใจ แต่ก็ยังไม่ได้รับการยืนยันและยากที่จะยืนยันว่าใช่หรือไม่ ยังเหลืออีกมากที่ต้องทำในการทำความเข้าใจตัวนำยิ่งยวดประเภทใหม่นี้"บาคาร่า สมัครบาคาร่า