دانشمندان با استفاده از فشار به مایع مغناطیس دستیابی به موفقیت

آن را برای تلفن های موبایل مانند یک معما: چه چیزی شما را اگر شما را به دو الماس کوچک قرار داده و کوچک مغناطیسی کریستال بین آنها و فشار آنها را با هم بسیار به آرامی ؟

پاسخ این است که یک مایع مغناطیسی که از عقل به نظر می رسد. مایعات تبدیل مواد جامد تحت فشار است اما به طور کلی راه دیگری در اطراف. اما این غیر معمول محوری کشف پرده برداری توسط یک تیم از محققان شاغل در پیشرفته فوتون منبع (APS), U. s. Department of Energy (DOE) از علوم کاربر تسهیلات در سازمان حفاظت محیط زیست را در آزمایشگاه ملی آرگون ای, مارس ارائه دانشمندان با بینش جدید به ابررسانايی دمای بالا و محاسبات کوانتومی.

هر چند دانشمندان و مهندسان بوده است با استفاده از مواد ابررسانا در دهه های دقیق فرایند که در آن ابررساناهای دمای بالا-انجام برق بدون مقاومت باقی مانده مکانیک کوانتومی رمز و راز است. نشانه های ثبتشده از یک ابررسانا در حال از دست دادن مقاومت و از دست دادن خاصیت مغناطیسی. ابررساناهای دمای بالا-می تواند در درجه حرارت بالاتر از کسانی که از نیتروژن مایع (-320 درجه فارنهایت) ساخت آنها جذاب برای فشرده سازی lossless خطوط انتقال در شبکه های قدرت و دیگر برنامه های کاربردی در بخش انرژی است.

اما هیچ کس واقعا نمی داند چگونه ابررساناهای دمای بالا-دستیابی به این دولت است. این دانش مورد نیاز است برای افزایش این مواد عامل دما نسبت به دمای محیط چیزی است که مورد نیاز خواهد بود برای مقیاس کامل اجرای ابررساناهای در انرژی-صرفه جویی در شبکه های قدرت.

"یک کوانتومی اسپین مایع یک برهم نهی از چرخش متحده نوسان دارد اما گرفتار. آن را عادلانه می گویند که این روند باید آن را ایجاد یک کوانتومی اسپین مایع با برهم نهی کوانتومی را ساخته اند یک کيوبيت پایه بلوک های ساختمان از یک کامپیوتر کوانتومی." -- Daniel Haskel فیزیکدان و رهبر XSD

یکی از ایده های مطرح در سال 1987 توسط اواخر نظریه پرداز فیل اندرسون از دانشگاه پرینستون شامل قرار دادن مواد به یک کوانتومی اسپین حالت مایع که اندرسون پیشنهاد می تواند منجر به ابررسانايی دمای بالا. کلید چرخش الکترون در هر یک از مواد را اتم که تحت شرایط خاصی می تواند درآورده به یک دولت که در آن تبدیل شدن آنها به "نا امید" و قادر به ترتیب خود را به یک دستور الگوی.

برای از بین بردن این نا امیدی اسپین الکترون جهت نوسان در زمان تنها هماهنگی با همسایه چرخش برای دورهای کوتاه از زمان مانند یک مایع است. این است که این نوسانات است که ممکن است کمک الکترون جفت گیری مورد نیاز برای ابررسانايی دمای بالا.

فشار فراهم می کند یک راه به "لحن" جدایی بین الکترون اسپین و رانندگی یک آهنربا را به یک نا امید دولت که در آن خاصیت مغناطیسی می رود در برخی از فشار و چرخش مایع ظهور, با توجه به دانیل Haskel این فیزیکدان و رهبر گروه در آرگون را X-ray علوم بخش (XSD) که رهبری یک تیم تحقیقاتی از طریق یک سری از آزمایشات در APS برای انجام درست آن. این تیم شامل آرگون دستیار فیزیکدان Gilberto Fabbris و فیزیکدانان جونگ-وو, کیم یونگ هو کیم, همه XSD.

Haskel دقیق می گویند که تیم نتایج به تازگی منتشر شده در Physical Review Lettersنه قطعی نشان دادن کوانتومی طبیعت چرخش مایع دولت است که در آن اتمی چرخش ادامه خواهد داد به حرکت حتی در صفر مطلق درجه حرارت -- آزمایش های بیشتر مورد نیاز خواهد بود برای تایید آن است.

اما آنها را نشان می دهد که با استفاده از آهسته و مداوم فشار برخی از مواد مغناطیسی را می توان تحت فشار قرار دادند به یک حالت شبیه به یک مایع است که در آن الکترون اسپین تبدیل به نظم و مغناطیس از بین می رود در حالی که حفظ کریستالی ترتیب از اتم های میزبانی الکترون اسپین. محققان در حال اعتماد به نفس آنها را به ایجاد یک چرخش مایع است که در آن الکترون اسپین هستند و بی نظم اما مطمئن نیستید اگر این چرخش هستند ژولیده که می تواند نشانه ای از یک کوانتومی اسپین مایع است.

اگر این کوانتومی اسپین مایع Haskel گفت: توانایی برای ایجاد یک توسط این روش می توانست پیامدهای گسترده ای.

"برخی از انواع کوانتومی اسپین مایعات می تواند فعال خطا quantum computing" Haskel گفت. "یک کوانتومی اسپین مایع یک برهم نهی از چرخش متحده نوسان دارد اما گرفتار. آن را عادلانه می گویند که این روند باید آن را ایجاد یک کوانتومی اسپین مایع با برهم نهی کوانتومی را ساخته اند یک کيوبيت پایه بلوک های ساختمان از یک کامپیوتر کوانتومی."

پس چه تیم انجام دهد و چگونه آنها آن را انجام دهد ؟ که ما به ارمغان می آورد بازگشت به الماس بخشی از یک تجربی منحصر به فرد راه اندازی در APS. محققان با استفاده از دو سندان الماس برش را در یک روش مشابه به آنچه که شما می خواهم در فروشگاه طلا و جواهر با پایگاه گسترده و باریک و لبه تخت. آنها قرار کوچکتر لبه های صاف با هم وارد یک نمونه از مواد مغناطیسی (در این مورد استرانسیم-آلیاژ ایریدیوم) بین آنها و تحت فشار قرار دادند.

"ایده این است که شما به عنوان فشرده آن را به ارمغان می آورد اتم ها به هم نزدیکتر" گفت: Fabbris. "و از آنجا که ما می توانید انجام دهید که به آرامی ما می توانید انجام دهید که به طور مداوم و ما می توانیم اندازه گیری خواص به عنوان نمونه ما در فشار است."

زمانی که Fabbris می گوید که فشار به آرامی او نیست شوخی -- هر یک از این آزمایش ها در زمان حدود یک هفته او گفت: با استفاده از یک نمونه در حدود 100 میکرون قطر و یا در مورد عرض یک ورقه نازک از کاغذ. پس از پژوهشگران نمی دانم در چه فشار مغناطیس خواهد ناپدید می شوند, آنها تا به حال به دقت اندازه گیری با هر افزایش بسیار اندک.

و آن را ناپدید می شوند آنها در حدود 20 gigapascals -- معادل 200,000 اتمسفر یا حدود 200 بار فشار بیشتر از می تواند در بر داشت در پایین درازگودال ماریانا در اقیانوس آرام عمیق ترین گودال در زمین است. چرخش الکترون باقی مانده در ارتباط مسافت های کوتاه مانند یک مایع اما همچنان نابسامان حتی در دماهای پایین به عنوان 1.5 کلوین (-457 درجه فارنهایت).

این ترفند Haskel گفت: - و کلیدی برای ایجاد یک چرخش مایع دولت -- به حفظ بلورین نظم و تقارن اتمی ترتیب از آنجا که ناخواسته در اثر تصادفی اختلال اتمی موقعیت می توانست منجر به یک مغناطیسی مختلف دولت بدون یکی از خواص منحصر به فرد چرخش مایع دولت است. Haskel تشبیه الکترون اسپین به همسایگان در یک شهر بلوک -- به عنوان آنها نزدیک همه آنها می خواهند به یکدیگر شاد و تغییر جهت چرخش برای مطابقت با همسایگان خود. هدف این است که برای رسیدن به آنها خیلی نزدیک به هم است که آنها احتمالا نمی تواند نگه داشتن همه همسایگان خود, خوشحال, در نتیجه "خسته کننده" خود را چرخش تعاملات در حالی که هنوز حفظ ساختار شهر بلوک.

این تیم تحقیقاتی با استفاده شدید X-ray قابلیت تصویربرداری APS برای اندازه گیری مغناطیس نمونه و با توجه به Haskel و Fabbris های APS تنها مرکز در ایالات متحده که در آن چنین آزمایش می تواند انجام شود. در خصوص Fabbris گفت: توانایی تمرکز بر روی یک نوع اتم نادیده گرفتن دیگران بسیار مهم بود.

"نمونه بسیار کوچک هستند و اگر شما سعی می کنید برای اندازه گیری مغناطیس با تکنیک های دیگر در یک دانشگاه آزمایشگاه شما را انتخاب کنید تا سیگنال های مغناطیسی از قطعات الماس سندان همراه" Fabbris گفت. "اندازه گیری های ما غیر ممکن است بدون یک منبع نور مانند APS. آن را منحصر به فرد قادر به این کار است."

در حال حاضر که این تیم به دست یک چرخش مایع دولت بعدی چیست ؟ بیشتر آزمایش مورد نیاز است برای دیدن اگر یک کوانتومی اسپین مایع ایجاد شده است. آینده آزمایش خواهد شد شامل کاوش طبیعت چرخش پویایی و همبستگی بیشتر به طور مستقیم در چرخش مایع دولت است. اما اخیر نتایج Haskel گفت: ارائه یک مسیر برای تحقق این گریزان کوانتومی متحده است که می تواند منجر به بینش های جدید به ابررسانایی و اطلاعات کوانتومی علوم است.

Haskel همچنین با اشاره به جلو به APS ارتقاء یک پروژه عظیم است که دیدن ابزار روشنایی افزایش تا 1000 بار. او گفت: "اجازه خواهد داد که به صورت بسیار عمیق تر پروب به این جذاب متحده مهم است.

"آن را به هر کسی تخیل است که تعجب آور مکانیک کوانتومی اثر در حال انتظار برای کشف شود," او گفت:.

###

در مورد پیشرفته فوتون منبع
U. S. Department of Energy Office علوم پیشرفته فوتون منبع (APS) در آزمایشگاه ملی آرگون ای است که یکی از جهان ترین مولد X-ray منبع نور امکانات. این APS بالا را فراهم می کند-روشنایی X-ray تیرها به یک جامعه متنوع از محققان در علم مواد و شیمی و فیزیک ماده چگال زندگی و محیط زیست علوم و تحقیقات کاربردی. این اشعه در حالت ایده آل مناسب برای اکتشافات مواد و ساختارهای بیولوژیکی; توزیع عنصری شیمیایی مغناطیسی الکترونیکی متحده; و طیف گسترده ای از فن آوری های مهم سیستم های مهندسی از باتری به سوخت انژکتور اسپری که همه پایه های ملت ما اقتصادی و تکنولوژیکی و جسمی خوبی بودن. هر سال بیش از 5000 محققان با استفاده از APS به تولید بیش از 2000 انتشارات جزئیات تاثیرگذار اکتشافات و حل حیاتی تر بیولوژیکی پروتئین سازه از کاربران دیگر X-ray منبع نور مرکز تحقیقاتی. APS دانشمندان و مهندسین نوآوری در فن آوری است که در قلب پیشرفت شتاب دهنده و نور منبع ، این شامل فرو کردن دستگاه هایی که تولید شدید-روشنایی اشعه X باارزش توسط محققان لنز است که تمرکز اشعه ایکس را به چند نانومتر ابزار دقیق است که حداکثر راه اشعه X تعامل با نمونه مورد مطالعه و نرم افزار است که جمع آوری و مدیریت مقدار عظیم از داده های حاصل از کشف و تحقیقات در APS.

این پژوهش با استفاده از منابع پیشرفته فوتون منبع ایالات متحده آمریکا سازمان حفاظت محیط زیست از علوم کاربر تسهیلات عمل برای سازمان حفاظت محیط زیست از علوم توسط آزمایشگاه ملی آرگون ای تحت قرارداد هیچ. د-AC02-06CH11357.

آزمایشگاه ملی آرگون ای به دنبال راه حل برای فشار دادن ملی مشکلات در علم و فن آوری است. ملت اول ملی آزمایشگاه آرگون انجام پیشرو اساسی و کاربردی پژوهش های علمی در هر رشته علمي. آرگون محققان با همکاری محققان از صدها نفر از شرکت ها و دانشگاه ها و, فدرال, سازمان های دولتی و شهرداری برای کمک به آنها در حل مشکلات خاص خود را دارند پیشبرد امریکا علمی رهبری و آماده سازی کشور برای آینده ای بهتر. با کارکنان از بیش از 60 سازمان ملل آرگون توسط UChicago آرگون, LLC برای وزارت انرژی را از علم است.

این دپارتمان انرژی ایالات متحده را از علم است بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و کار به آدرس برخی از مبرم ترین چالش های زمان ما. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://انرژی.gov/علم.