Forsker bruger HFIR til at udforske kvantespindets mystiske verden

Jie Ma, en professor fra Shanghai Jiao Tong University i Kina, bruger neutroner ved Oak Ridge National Laboratory's High Flux Isotope Reactor til at opdage et tredimensionelt billede af det magnetiske gitter af et oxidmateriale (Ba ₂ CoTeO ₆ ) indeholdende kvanteegenskaber, der kunne give ny indsigt i, hvordan elektron-"spin" kan forbedre databehandling og -lagring i computere.

Til sit eksperiment, Ma bruger HFIR's Fire-Circle Diffractometer, strålelinje HB-3A. Han håber på bedre at forstå kvantespin, en unik egenskab, der får materialer til at efterligne magnetiske egenskaber, selvom partiklen ikke bærer en ladning.

"Forskere har søgt efter kvantespinvæsker i lavdimensionelle systemer, såsom det magnetiske 2-D honeycomb gitter ruthenium trichlorid for nylig rapporteret af ORNL og vores arbejde med et 2-D trekantet gitter. Men, ikke mange af sådanne systemer er ideelt set 2-D, uden interaktioner mellem 2-D-lagene, " sagde Ma. "Vi håber, at det nye billede afsløret i dette eksperiment vil give os en mere detaljeret forklaring på, hvorfor kvantespins opfører sig, som de gør."

Ma's forskning fokuserer på de magnetiske interaktioner mellem materialets lag snarere end de individuelle interaktioner på hvert lag, fordi de ofte ser ud til at forstyrre kvantespindene i hvert lag og er essentielle for at forstå, hvordan man kan realisere rigtige kvantespinvæsker.

I et tidligere eksperiment, Ma brugte pulverprøver til at karakterisere materialets struktur. Interessant nok, da han studerede materialet i en enkelt krystalprøve ved HB-3A, instrumentet afslørede en anden gitterstruktur, førte ham til at stille spørgsmålstegn ved, om de nye resultater indikerede en forskel i ruten til kvantespin-tilstande.

"Det interessante er, at gitterstrukturen er forskellig mellem pulver- og enkeltkrystalprøverne, " sagde mor. "Vi tror, ​​at hvis gitteret er en lille smule anderledes her, så kan den magnetiske struktur også være anderledes for materialet.

"Fordi vi er interesserede i de magnetiske egenskaber af et materiale med kvantespind, neutroner er den bedste teknik til at studere den magnetiske struktur eller den magnetiske dynamik af dette materiale, " tilføjede han. "Desuden, HFIR er den højeste effekt forskningsreaktor i verden, og neutroninstrumenterne her er virkelig perfekte til det, vi gerne vil gøre."

Ultimativt, en dybdegående analyse af kvantespin er nødvendig, hvis forskere ønsker at anvende en ny forståelse af sådanne egenskaber til fremskridt inden for kvantecomputere, Mor forklarede.

"Hvis vi forstår de magnetiske egenskaber, der udøves på materialer som disse, og hvordan de bevæger sig i det rum, så kan vi omsætte disse egenskaber til hverdagsteknologi."