Fysikere bruger terahertz -blinker til at afdække tilstanden, der er skjult af superledelse

Ved hjælp af den fysiske ækvivalent til stroboskopfotografering, der fanger hver trækning af en gepard i fuld sprint, forskere har brugt ultrahurtig spektroskopi til at visualisere elektroner, der interagerer som en skjult tilstand i en superledende legering.

Det tager intenst, enkeltcykluspulser af fotoner-blink-der rammer den afkølede legering med terahertz-hastighed-billioner af cyklusser i sekundet-for at tænde denne skjulte tilstand ved at ændre kvanteinteraktioner nede på atom- og subatomære niveauer.

Og så tager det et andet terahertz -lys for at udløse et ultrahurtigt kamera til at tage billeder af materiens tilstand, der, når den er fuldstændig forstået og indstillet, kunne en dag få konsekvenser for hurtigere, varmefri, kvanteberegning, informationslagring og kommunikation.

Opdagelsen af ​​denne nye skifteordning og den skjulte kvantefase var fuld af konceptuelle og tekniske udfordringer.

For at finde nyt, fremvoksende elektrontilstande af stof ud over faste stoffer, væsker og gasser, nutidens kondenserede fysikere kan ikke længere helt stole på traditionelle, langsom, termodynamiske afstemningsmetoder såsom ændring af temperaturer, pres, kemiske sammensætninger eller magnetfelter sagde Jigang Wang, en professor i fysik og astronomi ved Iowa State University og en videnskabelig videnskabsmand ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory.

"Den store, åbent spørgsmål om hvilken tilstand der er skjult under superledning er universel, men dårligt forstået, "Sagde Wang." Nogle skjulte tilstande ser ud til at være utilgængelige for enhver termodynamisk afstemningsmetode. "

Det nye kvanteomskiftningsskema udviklet af forskerne (de kalder det terahertz light-quantum-tuning) bruger korte pulser på billioner af et sekund ved terahertz-frekvens til selektivt at bombardere, uden opvarmning, superledende niobium-tin, som ved ultrakølede temperaturer kan lede elektricitet uden modstand. Blitzen skifter pludselig modelforbindelsen til en skjult tilstand.

Det videnskabelige tidsskrift Naturmaterialer har netop udgivet et papir, der beskriver opdagelsen. Wang er tilsvarende forfatter. Førende forfattere er Xu Yang og Chirag Vaswani, Iowa State kandidatstuderende i fysik og astronomi.

I de fleste tilfælde, eksotiske tilstande af stof som den, der er beskrevet i dette forskningsartikel, er ustabile og kortvarige. I dette tilfælde, materiens tilstand er metastabil, hvilket betyder, at den ikke henfalder til en stabil tilstand i en størrelsesorden længere end andre, mere typiske forbigående materielle tilstande.

Skiftets hurtige hastighed til en skjult kvantetilstand har sandsynligvis noget at gøre med det.

"Her, kvanteslukning (ændring) er så hurtig, systemet er fanget på et mærkeligt 'plateau' og ved ikke, hvordan det skal gå tilbage, "Sagde Wang." Med denne hurtige slukning, endnu ikke-termisk system, der er ikke noget normalt sted at gå hen. "

En tilbageværende udfordring for forskerne er at finde ud af, hvordan man kan kontrollere og yderligere stabilisere den skjulte tilstand og afgøre, om den er egnet til kvantelogiske operationer, Sagde Wang. Det kan gøre det muligt for forskere at udnytte den skjulte tilstand til praktiske funktioner såsom kvanteberegning og til grundlæggende test af bizar kvantemekanik.

Det hele starter med forskernes opdagelse af en ny kvanteomskiftning, der giver dem adgang til nye og skjulte tilstande.

Wang sagde:"Vi skaber og kontrollerer et nyt kvantemateriale, som ikke kan opnås på andre måder."