Волны запутанности впервые наблюдаются в квантовом магните: ScienceAlert

Превратив органические молекулы в причудливый магнит, физики из Университета Аалто и Университета Ювяскюля в Финляндии создали идеальное пространство для наблюдения за неуловимой активностью электронного состояния, называемого триплоном.

В то время как обычный садовый магнит обычно лучше всего описывается как имеющий два полюса, окруженные множеством силовых линий, любопытная конструкция, известная как квантовый магнит, не поддается такому простому описанию.

Как и всякий раз, когда появляется слово «квант», вы можете представить себе ландшафт, в котором нет ничего определенного. Подобно тому, как вращаются колеса рулетки в тускло освещенном казино, все состояния являются возможными, пока крупье не скажет: «Ставок больше нет».

Еще более странно то, что числа и цвета на одном колесе переплетаются с числами и цветами на других колесах неинтуитивным образом, так что черный цвет на одном колесе может означать посадку на красный цвет на другом.

Поскольку север и юг сведены к потоку вероятностей, квантовые магниты обладают свойствами, которых нет у вашего магнита на холодильнике, что делает их удобными объектами для исследования явлений, которые нелегко обнаружить в большинстве других сред.

Одним из таких явлений является волна квазичастиц, известная как триплоны.

Залезьте в атомный мешок и вытащите электрон. Существует равная вероятность того, что у него будет одно из двух вращений или разновидностей углового момента. Найдите электрон с противоположным спином, и они уравновесятся. Поздравляем, у вас есть синглетное состояние электронов!

Добавьте третий электрон, и вы добавите еще один небольшой поворот, создав дублет.

Но что, если двое в вашей первоначальной паре имеют одинаковое вращение? Вместо отмены они теперь переходят в тройное состояние.

Хотя два электрона в триплете часто располагаются на своих собственных атомных орбитах, физики могут удобно сгруппировать их характеристики вместе и рассматривать их как «своего рода частицы»: квазичастицы.

В этом конкретном случае спины триплетных состояний рассматриваются как отдельные частицы, называемые триплонами, и имеют свое собственное поведение. Запутавшись в материале, они могут волноваться и двигаться причудливым образом.

В теории все это хорошо, но заметить такое волнообразное поведение в дикой природе не всегда легко.

Здесь, создав квантовые магниты из смеси атомов кобальта и молекул фталоцианина, исследователи создали правильные условия, чтобы заставить электроны взаимодействовать как триплонные квазичастицы, а затем распространять свои свойства через твердое тело.

«Используя очень простые молекулярные строительные блоки, мы можем сконструировать и исследовать этот сложный квантовый магнит способом, который никогда раньше не делался, обнаруживая явления, не обнаруженные в его независимых частях», — говорит первый автор исследования Роберт Дрост, физик-прикладник. из Университета Аалто.

«Хотя магнитные возбуждения в изолированных атомах уже давно наблюдаются с помощью сканирующей туннельной спектроскопии, с помощью распространяющихся триплонов этого никогда не удавалось».

Это не то открытие, которое произведет революцию в том, как вы прикрепляете заветные детские рисунки к дверце холодильника, но квантовая электроника оказывается полезной в вычислениях и шифровании.

Обладая несколькими новыми инструментами для манипулирования квазичастицами в квантовом казино, вы никогда не ошибетесь.

«Эта стратегия показывает, что мы можем рационально проектировать материальные платформы, которые открывают новые возможности в квантовых технологиях», — говорит Хосе Ладо, руководитель исследовательской группы коррелированных квантовых материалов в Университете Аалто.

Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.