マサチューセッツ大学のティグラン・セドラキアン率いる物理学者らは、物質の新たな状態の画期的な発見を発表した。物質のこの相は、量子物理学では「キラルボース液体状態」としても知られています。
量子物理学: キラルボースの液体状態を発見
Nature 誌に研究論文として発表されたこの革命的な発見は、物理宇宙の基本的な特性を理解する探求において新たな道を切り開きます。固体、液体、気体など、私たちが通常相互作用している物質の状態は、非常に低い温度や小さなスケールなどの極端な条件下では、非常に異なる独特の量子状態スペクトルに取って代わられます。
博士。セドラキアンの研究は、強く相互作用する量子物質における「バンド縮退」、「トレンチバンド」、「運動的フラストレーション」などの現象によって生成される謎の量子状態の研究に焦点を当てています。典型的なパーティクル システムは、ビリヤード ボールと同じように予測どおりに動作し、各相互作用が特定の反応パターンにつながります。しかし、量子物理学の挫折したシステムでは、ほぼ無限の相互作用の可能性があり、粒子が予測できない方法で動作する可能性のある独特の量子状態につながります。
これをさらに調査するために、セドラキアン氏のチームはフラストレーションマシンとして機能する 2 層半導体デバイスを開発しました。このデバイスには、自由に移動できる電子がたくさんある上層と、これらの電子が埋めることができる「ホール」がある下層があります。電子と正孔の数に不均衡を生じさせることで、システム内に量子フラストレーションの状態が生じました。 Sedrakyan 氏が説明するように、それはエルサレムへの混沌とした旅行のようなもので、電子が単一の固定された場所ではなく、多くの可能性のある「スポット」をめぐって争っています。
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イライラは新たな発見を生む
この量子フラストレーションは、明確なキラルエッジ状態をもたらします。絶対零度まで冷却すると、この状態の電子は時計回りまたは反時計回りの予測可能なスピン パターンを形成します。驚くべきことに、このスピンは安定しており、衝突や磁場の影響を受けず、信頼性の高いデジタル データのエンコードに使用できます。外部の粒子がこれらの電子の 1 つと衝突すると、この量子系の長距離もつれにより、すべての電子が同様に反応します。
キラルなボース液体状態を観察することは、そのとらえどころのない性質のため大きな課題であり、そのため長い間、量子物理学から隠されたままでした。しかし、南京大学と北京大学の理論物理学者と実験物理学者で構成されるセドラキャン氏と彼のチームは、独自の理論と実験を開発しました。
励起子的なトポロジカル秩序
「半導体二重層の端では、電子と正孔は同じ速度で移動します」と実験物理学者のLingjie Du氏は言います。 「これにより、電子チャネルと正孔チャネルがより高い磁場の下で徐々に分離されるため、外部磁場によってさらに変調される螺旋輸送が起こります。このように磁気輸送実験は、キラルなボース液体の最初の証拠を明らかにすることに成功しました。」著者らは出版された著作の中でそれを「励起的トポロジカル秩序」とも呼んでいます。
彼らは、強力な磁場を使用して電子の動きを追跡し、キラルなボース液体状態の存在を実証することができました。この画期的な発見は多くの機関によって支援されており、量子物理学と宇宙に対する私たちの理解を拡大する可能性があります。