Færret på tværs:At finde ud af ukonventionel spintransport i kvante -centrifugeringsvæsker

Forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) og Yokohama National University (YNU) har afdækket den særegne mekanisme, hvormed spin -forstyrrelser bevæger sig gennem et tilsyneladende uoverkommeligt område i et kvante -spin -væskesystem. Denne nye indsigt kan repræsentere en anden byggesten i næste generations elektronik og endda kvantecomputere.

Elektroniske enheder, som vi kender dem, er tæt på at nå deres teoretiske grænser, hvilket betyder, at radikalt ny teknologi vil være påkrævet for at opnå bedre ydeevne eller højere miniaturisering. Problemet er, at moderne elektronik er centreret omkring manipulation af elektriske strømme og derfor hovedsageligt er bekymret over den kollektive ladning af elektroner i bevægelse. Men hvad nu hvis signaler og data kunne kodes og sendes på en mere effektiv måde?

Indtast spintronics, et fremvoksende teknologisk felt påtænkt at revolutionere elektronik, og forhåbentlig blive en nøglespiller i udviklingen af ​​kvantecomputere. I spintronic -enheder, den vigtigste egenskab ved elektroner er deres spin, en iboende egenskab, der stort set kan ses som deres vinkelmoment, og som er den underliggende årsag til magnetiske fænomener i faste stoffer. Imidlertid, fysikere verden over kæmper for at finde praktiske måder at generere og transportere "spin -pakker" gennem materialer. I en nylig undersøgelse, forskere ved Tokyo Tech og YNU, Japan, foretaget en teoretisk analyse af de særlige spin -transportkarakteristika ved et bestemt system kaldet Kitaev -modellen.

Denne todimensionelle model omfatter et bikage-netværk, hvor hvert toppunkt er vært for et spin. Det særlige ved Kitaev -systemet er, at på grund af de særegne interaktioner mellem spins, den opfører sig som en kvante -spin -væske (QSL). Dette betyder stort set, at det er umuligt i dette system, at spins kan arrangeres på en unik optimal måde, der "holder hvert spin lykkeligt." Dette fænomen, kaldet spin -frustration, får spins til at opføre sig på en særlig uordnet måde. Professor Akihisa Koga, der ledede undersøgelsen, siger:"Kitaev -modellen er en interessant legeplads til undersøgelse af QSL'er. Dog er man ved ikke meget om dets spændende spin -transport -egenskaber. "

En vigtig egenskab ved Kitaev -modellen er, at den har lokale symmetrier; sådanne symmetrier betyder, at spins kun er korreleret med deres nærmeste naboer og ikke med fjerntliggende spin, hvilket indebærer, at der bør være en barriere for spintransport. Imidlertid, i virkeligheden, små magnetiske forstyrrelser på den ene kant af et Kitaev -system manifesterer sig som ændringer i spins ved den modsatte kant, selvom forstyrrelserne ikke synes at forårsage ændringer i magnetiseringen af ​​centralen, mere symmetrisk område af materialet. Denne spændende mekanisme er, hvad forskerteamet præciserede i deres undersøgelse, som udgives i Fysisk gennemgangsbreve .

De anvendte et impulsmagnetisk felt på den ene kant af en Kitaev QSL for at udløse spin-pakketransport og simulerede numerisk realtidsdynamikken, der følgelig udspillede sig. Det viser sig, at den magnetiske forstyrrelse føres hen over materialets centrale område ved at rejse Majorana fermioner. Disse er kvasipartikler; de er ikke rigtige partikler, men præcise tilnærmelser til systemets kollektive adfærd.

Især Majorana-medieret spin-transport kan ikke forklares med klassisk spin-wave-teori, og derfor berettiger yderligere eksperimentelle undersøgelser. Men Koga håber på anvendelsespotentialet i resultaterne af denne undersøgelse. Han siger, "Vores teoretiske resultater skulle være relevante i virkelige materialer, såvel, og opsætningen af ​​vores undersøgelse kunne implementeres fysisk i visse kandidatmaterialer til Kitaev -systemer. "

I deres artikel, forskerne diskuterer mulige materialer, måder at skabe spin -forstyrrelser på, og eksperimentelle tilgange til at finde beviser for, at Majorana -fermionerne rejser gennem hovedparten af ​​materialet for at nå den anden kant. Det kan endda være muligt at kontrollere bevægelsen af ​​de statiske (ikke-rejser) Majorana fermioner i systemet, som kunne være praktisk praktisk.