インサイダーブリーフ
- で公開された新しい研究 自然 ねじれたモリブデン・ディテルリドにおける以前に目にされていない量子状態が12を超えて発見され、エキゾチックな物質の「量子動物園」が拡大することを報告しています。
- マグネットフリーの分数量子ホール効果を含むこれらの状態は、より安定したトポロジカル量子コンピューターのためのキービルディングブロックをサポートできます。
- 発見は、高感度のある量子状態の微妙な変化を検出するポンププローブ分光法技術を使用して行われ、分数電荷と動的な量子挙動が明らかになりました。
プレスリリース – 量子物質と多数の電子が相互作用するときに出現する奇妙な現象を記述する量子状態の一見は一見無限の数の状態があります。何十年もの間、これらの州の多くは理論的でした。数学的および計算的予測は、実際の資料の間に隠れている可能性があります。動物園、多くの科学者がそれを参照するようになっており、新しい「種」が発見されて説明されるのを待っています。
4月3日に公開された新しい研究で 自然、 研究者は、成長する量子動物園に12の州を追加しました。
「これらの州のいくつかはこれまでに見られたことがありません」とリーディング著者は言いました Xiaoyang Zhu、コロンビアのハワード家ナノサイエンス教授。 「そして、私たちもそれほど多くの人を見ることを期待していませんでした。」
その中には、理論的には、トポロジカル量子コンピューターとして、理論的には既知のものを作成するために使用できる状態があります。トポロジカル量子コンピューターには、現在、超伝導材料で構築されている量子コンピューターを妨げるエラーの傾向が低くなるユニークな量子特性があります。しかし、超伝導材料は磁石によって破壊されます。磁石は、これに必要な（まだ実現されていない）次世代の量子コンピューターに必要なトポロジー状態を作成するためにこれまで使用されてきました。 Zhuの動物園はその問題を解決します。彼と彼のチームが発見した州は、Twisted Molybdenum ditellideと呼ばれる素材の特別な特性のおかげで、外部磁石なしですべて作成できます。
量子史の殿堂から
Zhuと彼のチームが明らかにした新しい州のいくつかの基礎となる現象は、ホール効果に関連している可能性があります。 1879年に発見された古典的なホール効果は、磁場にさらされたときにその端に沿って金属のストリップを流れる電子がどのように流れるかを説明しています。磁石が強いほど、金属全体の電圧の違いが強くなります。電子が超コールド温度と、量子力学の効果が最も容易に観察されるわずか2次元で磁場にさらされると、電圧の変化はもはや磁場に比例しません。線形増加の代わりに、「量子化」され、電子の電荷に関連するステップにジャンプします。これは、既知の電荷が最も少ない粒子です。
これらの量子ステップは、さらに小さなステップに分解でき、電子の画分である電荷を備えた状態を形成することができます：-fraction：-fraction：-fraction：-fraction -flack、-⅔、-⅓など。この観察のために、コロンビアの名誉教授ホルスト・ストーマーは1998年にノーベル物理学賞を共有しました。 彼のノーベル講義で説明した：「コンサートで作用する多くの電子が、個々の電子の電荷よりも小さい電荷を持つ新しい粒子を作成できることを意味します。これは、物事が想定される方法ではありません。しかし、これらの電子のどれもバラバラに分割されていないことを確実に知っています。」
研究者は数十年にわたって分数の量子ホール効果を求めて狩りをしており、多くの異なる材料に登場しています。ワシントン大学の物理学者であり、コロンビアのエネルギー資金科のメンバーであるXiaodong Xuが2023年に大きな前進が起こりました。 プログラム可能な量子材料に関するエネルギーフロンティアリサーチセンター（PROQM）、モリブのパターンとして知られているものを形成するためにねじれていたモリブデン・ジテルリドの層における、異常な、磁石のない、磁気ホール効果を発見しました。 Xuの発見は、コーネルでの実験と上海Jiao Tong大学の結果によってサポートされていました。
博士課程の学生であるJiaqi CaiとHeonjeoon Parkが率いるXuの作品は、2つの論文にも出版されました 自然、2つの切望されている分数量子異常ホール（FQAH）州が明らかにした、とZhuは説明した。もっと来ました。
秘密？それはa-moiréです…
ProQMチームが協力してきた材料であり、しばしば研究しているのは、互いに比較的わずかにねじれているさまざまな要素で構成されたモアレ材料、原子型の層です。その結果、単一層や層が剥がれているバルク結晶には特性が見られないハニカムパターンが生じます。
モリブデン・ディテルリドの層がねじれていると、それらはトポロジーになります。つまり、それらの電子は、特に、より大きな全体に結合することを奨励する特別な配置に保持されていることを意味します。また、ねじれが内部磁場を生成し、外部磁石の必要性を除去します。
ちょうど昨年の夏、コロンビアのマックスプランクニューヨークセンターポストドクタルフェロー、現在の主著者であるYiping Wang、Yiping Wang 自然 論文、Xuのラボからサンプルを入手しました。 Zhuは、共著者とSimonsフェローのEric Arsenaultによって開発されたポンププローブ分光法技術でいくつかの実験を実行することを決めたときに旅行していました。彼女のスクリーンは、多数の分数料金に対応するピークで明るくなりました。これは、理論的にはトポロジカル量子コンピューターの構築に必要なコンポーネントであると予測されている分数を含むものです。
ポンププローブアプローチでは、1つのレーザーパルスが材料の量子状態を「溶かし」、次に、状態が再出現するにつれて、電気的相互作用の強度の尺度である誘電率の変化を検出します。 Arsenaultの方法では、非常に多くの分数エネルギーレベルの微妙な違いを引き裂くことができる非常に高速なレーザーを使用しています。 「この発見は、ポンププローブ分光法を、これまで物質の量子状態を検出する上で最も敏感な手法であると確立しています」とZhu氏は述べています。
国家を最低の、または地面のエネルギーで発見することに加えて、変化するにつれて詳細も捉えています。 「私たちは、基底状態の相関とトポロジーを探求するために、新しい次元、時間に入ったように感じます」と王は言いました。 「彼らは私たちを驚かせ続けています。特に、私たちがそれらを平衡から追い出すとき。」
さて、これらすべての新しい州が何であるか、そしてそれらが最も有用であることを正確に把握する時が来ました。 「非常に多くのことがあります。これらの結果と私たちのテクニックが他の人を探求するように促すことを願っています」とZhuは言いました。
確かに動物園です。
