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Jan 26, 2024

もつれの波が量子磁石を通って波打つのを初めて観察 : ScienceAlert

有機分子を奇妙な種類の磁石に加工することで、フィンランドのアアルト大学とユヴァスキュラ大学の物理学者は、トリプロンと呼ばれるとらえどころのない電子状態の活動を観察するための完璧な空間を作り出しました。

園芸品種の磁石は通常、磁力線の巣に囲まれた 2 つの極を持っていると最もよく説明されますが、量子磁石として知られる興味深い構造は、そのような単純な説明を無視します。

「量子」という言葉が出てくるといつもそうなのですが、何も確実ではない風景が想像できます。 薄暗いカジノでルーレットを回すのと同じように、ディーラーが「これ以上賭けない」と言うまでは、すべての州が可能性があります。

さらに奇妙なことには、ある車輪の数字と色が他の車輪の数字と色と直感的ではない方法で絡み合っており、一方の車輪で黒が表示された結果、別の車輪では赤が着地することを意味する可能性があります。

北と南が確率の流れに還元されると、量子磁石は冷蔵庫の磁石にはない特性を備えており、他のほとんどの環境では簡単に発見できない現象を探索するのに便利な物体になります。

そのような動作の 1 つは、トリプロンとして知られる準粒子の波です。

原子の袋に手を入れて電子を取り出します。 2 つのスピン、または角運動量のいずれかが発生する可能性は等しいです。 逆のスピンを持つ電子を見つけると、その 2 つは相殺されます。 おめでとうございます。電子の一重項状態が得られました。

3 番目の電子を投入すると、さらにわずかな量のねじれが加えられ、ダブレットが作成されます。

しかし、最初のペアリングの 2 つが同じスピンを持っていた場合はどうなるでしょうか? キャンセルする代わりに、トリプレット状態を構築します。

三重項内の 2 つの電子は、多くの場合、それぞれ異なる原子軌道に留まっていますが、物理学者はそれらの特性を便利にグループ化し、それらを「粒子の一種」、つまり準粒子として扱うことができます。

この特定のケースでは、三重項状態のスピンはトリプロンと呼ばれる単一の粒子として扱われ、それぞれ独自の異なる動作を伴います。 物質全体に絡み合って、奇妙な方法でうねったり動き回ったりすることができます。

これは理論的にはすべて良いことですが、野生のこのような波のような行動を見つけるのは必ずしも簡単ではありません。

ここで研究者らは、コバルト原子とフタロシアニン分子の混合物から量子磁石を構築することで、電子がトリプロン準粒子として相互作用し、その特性が固体中に伝播するための適切な条件を作り出した。

「非常に単純な分子構成要素を使用することで、これまでに行われたことのない方法でこの複雑な量子磁石を設計および調査することができ、独立した部分では見られない現象を明らかにすることができます」と、この研究の筆頭著者で応用物理学者のロバート・ドロスト氏は述べています。アアルト大学出身。

「孤立した原子の磁気励起は走査トンネル分光法を使用して長い間観察されてきましたが、伝播するトリプロンによってそれが達成されたことはありません。」

子供の大切な絵を冷蔵庫のドアに貼り付ける方法に革命を起こすような発見ではありませんが、量子エレクトロニクスはコンピューティングや暗号化に役立つことが証明されています。

量子カジノで準粒子を操作するためのいくつかの新しいツールを所有していれば、決して迷うことはありません。

「この戦略は、量子技術の新たな可能性を開く材料プラットフォームを合理的に設計できることを示しています」とアールト大学の相関量子材料研究グループの責任者であるホセ・ラド氏は述べています。

この研究は Physical Review Letters に掲載されました。

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