Forskere observerer varmeudveksling i et eksotisk materiale

I en artikel offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur , fysikere rapporterer den første nogensinde observation af varmeledningsevne i et materiale, der indeholder nogen, kvantekvasipartikler, der findes i todimensionale systemer.

Værket bekræfter teoretiske forudsigelser om, hvordan nogen opfører sig. Den bekræftelse er vigtig, fordi forskere håber på en dag at udnytte enhver persons adfærd for at skabe selvkorrigerende kvantecomputere, som kunne udføre beregninger langt mere komplekse end digitale computere kan.

Dima Feldman, lektor i fysik hos Brown, er medforfatter af forskningen med forskere ved Weizmann Institute of Science i Israel. Han talte om forskningen i et interview.

Kan du opsummere, hvad du og dine kolleger opdagede?

På fagsprog, vi observerede kvantiseringen af ​​varmeledningsevne i et stærkt interagerende system. Så hvad betyder det? Alle kender til konduktans. Det er simpelthen overførsel af varme fra en varm genstand til en kold genstand. I videnskaben, du kan lære meget om et materiales natur ved at forstå, hvor hurtigt det leder varme. Så her, vi observerede, hvordan dette fungerer på et kvante niveau blandt nogen, som i det væsentlige er elektroners fraktionstilstande i todimensionale topologiske materialer. Kvantisering af varmeledningsevne var blevet observeret før i systemer, hvor partikelinteraktion er ligegyldig, men det er første gang, det er blevet observeret i et system domineret af elektrisk interaktion.

Hvorfor er fundet vigtigt?

Det er vigtigt af to grunde. Den første er mere filosofisk. Vi er nået frem til et universelt tal for kvantisering af enhveronisk varmestrøm, og fysikere elsker universelle tal. Når du når frem til et universelt tal, du har fundet orden og harmoni i naturen. Det er virkelig, hvad fysik handler om.

Mere konkret, vi udførte vores eksperiment i et topologisk materiale, og der er en idé til at bruge topologiske materialer i kvanteberegning. Kvantetilstande forstyrres let, hvilket i en kvantecomputer betyder, at den laver masser af fejl. At rette disse fejl er en stor udfordring. Men der er denne idé om at bruge topologiske materialer til at udnytte kvantetilstande hos nogen, som vi tror vil være meget mindre skrøbelige og derfor kan foretage fejlfrie beregninger.

At forstå, hvordan varme flyder, giver os ny information om nogen. Der havde været teoretiske forudsigelser om varmetransport, og vi var i stand til at demonstrere dem eksperimentelt. Så dette er et stort skridt i retning af at forstå, hvordan nogen fungerer.

Hvad var din rolle i arbejdet?

Jeg var teoretiker om projektet, og teoretikere har flere roller om sådan noget. Jeg hjalp gruppen med at forstå, hvad vi vil måle, og jeg arbejdede på at hjælpe med at udtænke eksperimentet. Men jeg tror hovedsageligt, hvor jeg hjalp, var at forstå de data, vi fik fra eksperimentet. Nogle af vores resultater var overraskende, så det var min opgave at hjælpe med at forstå det.

Hvad er det næste for denne forskningslinje?

Det næste trin ville være at tage dette til det andet Landau -niveau, betyder en elektrontilstand med højere energi. Alle er interessante på det første Landau-niveau, hvor vores arbejde blev udført, men de bliver endnu mere interessante på andet niveau. Så hvad folk ønsker at forstå, er hvad nogen er, fordi det er de potentielle nøgler til selvkorrigerende kvantecomputer. Men vores forskning var et kritisk trin i processen.