مجلة أقلام مرحبا بك في مجلة أقلام , هنا ستجد آخر المقالات والأخبار
اختراق الحوسبة الكمومية: جزيئات الكم الغريبة – مطلوب مجال مغناطيسي أقل
يمهد البحث الطريق للأجهزة والتطبيقات الكمومية في المستقبل.
الجسيمات والظواهر الكمومية الغريبة تشبه نخبة الرياضيين الأكثر جرأة في العالم. مثل المتسلقين الفرديين الأحرار الذين يتسلقون وجوه منحدرات شديدة الانحدار بدون حبل أو أحزمة ، فقط الظروف الأكثر قسوة هي التي تغريهم بالظهور. بالنسبة للظواهر الغريبة مثل الموصلية الفائقة أو الجسيمات التي تحمل جزءًا بسيطًا من شحنة الإلكترون ، فهذا يعني درجات حرارة منخفضة للغاية أو مجالات مغناطيسية عالية للغاية.
ولكن ماذا لو تمكنت من جعل هذه الجسيمات والظواهر تظهر في ظل ظروف أقل قسوة؟ لقد تم صنع الكثير من إمكانات الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة ، ولكن توليد جسيمات غريبة مشحونة جزئيًا في مجال مغناطيسي منخفض إلى صفر مهم بنفس القدر لمستقبل المواد والتطبيقات الكمومية ، بما في ذلك الأنواع الجديدة من الحوسبة الكمومية .
الآن ، فريق من الباحثين من جامعة هارفارد بقيادة أمير يعقوبي ، أستاذ الفيزياء والفيزياء التطبيقية في كلية هارفارد جون أ.بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) وآشفين فيشواناث ، أستاذ الفيزياء في قسم الفيزياء ، بالتعاون مع Pablo Jarillo-Herrero في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، لاحظوا حالات كسور غريبة في مجال مغناطيسي منخفض في الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي لأول مرة.
نُشر البحث في مجلة Nature .
قال يعقوبي ، كبير مؤلفي الدراسة: “إن أحد الأشياء المقدسة في مجال فيزياء المادة المكثفة هو الحصول على جسيمات غريبة ذات مجال مغناطيسي منخفض إلى صفر”. “كانت هناك تنبؤات نظرية بأننا يجب أن نكون قادرين على رؤية هذه الجسيمات الغريبة ذات المجال المغناطيسي المنخفض إلى الصفر ، لكن لم يتمكن أحد من ملاحظتها حتى الآن.”
كان الباحثون مهتمين بحالة كمية غريبة محددة تعرف باسم عوازل تشرن الكسرية. عوازل Chern هي عوازل طوبولوجية ، مما يعني أنها توصل الكهرباء على سطحها أو حافتها ، ولكن ليس في المنتصف.
في عازل Chern التجزيئي ، تشكل تفاعلات الإلكترون ما يُعرف باسم أشباه الجسيمات ، وهو جسيم ينشأ من تفاعلات معقدة بين أعداد كبيرة من الجسيمات الأخرى. يمكن وصف الصوت ، على سبيل المثال ، بأنه شبه جسيم لأنه ينشأ من التفاعلات المعقدة للجسيمات في مادة ما. مثل الجسيمات الأساسية ، تمتلك أشباه الجسيمات خصائص محددة جيدًا مثل الكتلة والشحنة.
في عوازل Chern الجزئية ، تكون تفاعلات الإلكترون قوية جدًا داخل المادة بحيث تُجبر أشباه الجسيمات على حمل جزء صغير من شحنة الإلكترونات العادية. تتمتع هذه الجسيمات الكسرية بخصائص كمومية غريبة يمكن استخدامها لإنشاء بتات كمومية قوية ومرنة للغاية للتدخل الخارجي.
لبناء عازل ، استخدم الباحثون لوحتين من الجرافين ملتويتين معًا في ما يسمى بالزاوية السحرية. يفتح الالتواء خصائص جديدة ومختلفة في الجرافين ، بما في ذلك الموصلية الفائقة ، كما اكتشفت لأول مرة من قبل مجموعة جاريلو-هيريرو في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، والحالات المعروفة باسم نطاقات تشيرن ، والتي لديها إمكانات كبيرة لتوليد حالات كمومية جزئية ، كما هو موضح نظريًا من قبل مجموعة فيشواناث في هارفارد.
فكر في نطاقات تشيرن هذه مثل الدلاء التي تمتلئ بالإلكترونات.
قال أندرو بيرس ، طالب دراسات عليا في مجموعة Yacoby وشارك في البداية مؤلف الورقة. “لكن الجرافين ثنائي الطبقة ذو الزاوية السحرية يحتوي بالفعل على هذه الوحدات الطوبولوجية المفيدة المضمنة في مجال مغناطيسي صفر.”
لتوليد حالات كسرية ، يحتاج الباحثون لملء الدلاء جزءًا صغيرًا من الطريق بالإلكترونات. ولكن هذه هي العقبة: لكي يعمل هذا ، يجب أن يكون لجميع الإلكترونات الموجودة في دلو نفس الخصائص تقريبًا. في الجرافين ثنائي الطبقات الملتوي ، لا يفعلون ذلك. في هذا النظام ، تمتلك الإلكترونات مستويات مختلفة من خاصية تعرف باسم انحناء بيري ، والتي تجعل كل إلكترون يختبر مجالًا مغناطيسيًا مرتبطًا بزخمه الخاص. (الأمر أكثر تعقيدًا من ذلك ، لكن ما الذي لا يوجد في فيزياء الكم؟)
عند ملء الدلاء ، يجب تسوية انحناء بيري للإلكترونات حتى تظهر حالة عازل Chern الجزئي.
هذا حيث تطبيق صغير .
قال Yonglong Xie ، زميل ما بعد الدكتوراه في SEAS وشارك في المؤلف الأول للورقة. “يلقي هذا البحث الضوء على أهمية انحناء بيري لتحقيق حالات غريبة مجزأة ويمكن أن يشير إلى منصات بديلة حيث لا يكون انحناء بيري غير متجانس كما هو الحال في الجرافين الملتوي.”
قال فيشواناث ، كبير مؤلفي الدراسة: “الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي هو الهدية التي تستمر في العطاء ، ويمكن القول إن اكتشاف عوازل Chern الجزئية هو أحد أهم التطورات في هذا المجال”. “إنه لأمر مدهش أن تعتقد أن هذه المادة الرائعة مصنوعة في النهاية من نفس الأشياء مثل رأس القلم الرصاص.”
قال جاريلو-هيريرو ، أستاذ الفيزياء في معهد سيسيل وإيدا جرين للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وكبير مؤلفي الدراسة: “إن اكتشاف عوازل Chern الجزئية ذات المجال المغناطيسي المنخفض في الجرافين ثنائي الطبقة ذي الزاوية السحرية يفتح فصلًا جديدًا في مجال المادة الكمومية الطوبولوجية”. . “إنه يوفر احتمالًا واقعيًا لإقران هذه الحالات الغريبة مع الموصلية الفائقة ، مما يتيح إمكانية إنشاء والتحكم في أشباه جسيمات طوبولوجية أكثر غرابة تُعرف باسم أيون.”
