McKenzie Harris, Florida Dövlət Universiteti tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriÜçbucaqlı qəfəsdə uzadılmış Hubbard modelinin Hamiltonian, klassik fazaları və energetikası. Kredit: npj Quantum Materials (2025). DOI: 10.1038/s41535-025-00792-1

Elektrik dövrə daxilində elektronların hərəkəti vasitəsilə həyatımızı, o cümlədən avtomobillərimizi, telefonlarımızı, kompüterlərimizi və s. Biz bu elektronları görə bilməsək də, elektrik cərəyanı keçirici vasitəsilə hərəkət edən elektrik cərəyanları elektrik istehsal etmək üçün borudan su kimi axır.

Müəyyən materiallar, lakin elektron axınının kristallaşmış formalara “donmasına” imkan verir və elektronların birlikdə əmələ gətirdiyi maddə vəziyyətində keçidə səbəb olur. Bu, materialı keçiricidən izolyatora çevirir, elektronların axını dayandırır və onların mürəkkəb davranışına unikal bir pəncərə təqdim edir. Bu fenomen kvant hesablamalarında yeni texnologiyalar, enerji və tibbi təsvirlər üçün qabaqcıl superkeçiricilik, işıqlandırma və yüksək dəqiqlikli atom saatlarında mümkün edir.

Florida Dövlət Universitetində fəaliyyət göstərən fiziklər, o cümlədən Milli Yüksək Maqnit Sahəsi Laboratoriyası Dirac Doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı Aman Kumar, dosent Hiteş Çanqlani və assistent Kipr Levandovski, elektronların mövcud olduğu maddənin fazasını sabitləşdirmək üçün lazım olan şərtləri göstərdilər, lakin ümumi bir maye halına çevrilə bilər. Wigner kristal. Onların işləri npj Quantum Materials -da dərc olunub .

Necə işləyir

Müəyyən sıxlıqlarda ikiölçülü sistemlərdə elektronların ilk dəfə 1934-cü ildə nəzəriyyəsi irəli sürülmüş Wigner kristallarını əmələ gətirməsi gözlənilir. Bu kristallar bir neçə son təcrübədə müəyyən edilib, lakin əlavə kvant mexaniki təsirləri hesablayarkən bu unikal vəziyyətlərin necə meydana gəldiyi aydın deyildi.

“Tədqiqatımızda bu faza keçidini işə salmaq və 2D moir sistemindən istifadə edən və yalnız üçbucaqlı qəfəs göstərən ənənəvi Wigner kristallarından fərqli olaraq zolaqlar və ya pətək kristalları kimi müxtəlif kristal formaların əmələ gəlməsinə imkan verən ümumiləşdirilmiş Wigner kristalına nail olmaq üçün hansı “kvant düymələrini” çevirəcəyimizi müəyyən etdik” dedi.Daha çox kəşf edin

Evdə istifadə üçün mikroskoplar

Elmi tədqiqat avadanlığı

Elm öyrənmə kursları

Elmi jurnallara abunə

Texnologiya meylləri hesabatı

Təhsil elmi kursları

Elm xəbərləri proqramı

Elm

Fizika təcrübə dəstləri

Elmlər

Tədqiqatçılar dəqiq diaqonallaşdırma, təkrar sıxlıq qrupları və Montixe simulyasiyası kimi ədədi üsullardan istifadə etməklə hesablamalar aparmaq və iri miqyaslı simulyasiyalar həyata keçirmək üçün İnformasiya Texnologiyaları Xidmətlərinin akademik xidmət bölməsi olan FSU-nun Tədqiqat Hesablama Mərkəzindən və Milli Elm Fondunun ACCESS-dən istifadə ediblər.

Kvant mexanikasında hər elektron üçün iki kvant məlumatı var. Yüzlərlə və minlərlə elektronla işləyərkən məlumatın miqdarı həddən artıq böyük olur. Komandanın istifadə etdiyi alqoritmlər və ədədi üsullar bu böyük miqdarda məlumatı həzm oluna bilən şəbəkələrə aktiv şəkildə sadələşdirir və tədqiqatçılara ondan anlayışlar əldə etməyə imkan verir.

“Biz maddənin vəziyyəti haqqında nəzəri anlayışımızla eksperimental tapıntıları təqlid edə bilirik” dedi Kumar. “Biz ən müasir tenzor şəbəkə hesablamalarından və dəqiq diaqonallaşdırmadan, sistemdəki ümumi kvant enerjisini təmsil edən kvant Hamiltonian haqqında təfərrüatları toplamaq üçün fizikada istifadə edilən güclü ədədi texnikadan istifadə edərək dəqiq nəzəri hesablamalar aparırıq. Bunun vasitəsilə biz kristal halların necə meydana gəldiyini və onların bir-birini əvəz etmələrinin səbəbini izah edə bilərik. dövlətlər.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Kvant langırtları

Qrup həmçinin qeyri-adi elektron davranışları səbəbindən keçirici və izolyasiya xüsusiyyətlərinin birlikdə mövcud olduğu maddənin yeni vəziyyətini kəşf etdi. Onlar tapdılar ki, ümumiləşdirilmiş Wigner kristalı qismən “əriyə bilər” – bəzi elektronlar donmuş vəziyyətdə qalarkən, digər elektronlar langırt maşınında sabit sancaqlar ətrafında böyüyən topa bənzər şəkildə yersizləşdi və sistem ətrafında hərəkət etməyə başladı.

“Bu langırt mərhələsi ümumiləşdirilmiş Wigner kristalını tədqiq edərkən müşahidə etdiyimiz maddənin çox həyəcan verici bir mərhələsidir” dedi Levandovski. “Bəzi elektronlar donmaq, digərləri isə ətrafda üzmək istəyir, bu o deməkdir ki, bəziləri izolyasiya edir, bəziləri isə elektrik cərəyanını keçirir. İşimizdə öyrəndiyimiz elektron sıxlığı üçün bu unikal kvant mexaniki effekti ilk dəfədir müşahidə edilir və bildirilir.”

Niyə vacibdir

Tədqiqat elm adamlarına maddənin vəziyyətini necə manipulyasiya etmək barədə daha çox anlayış verir.

“Bir şeyin izolyasiya, keçirici və ya maqnit olmasına səbəb olan nədir? Biz nəyisə fərqli bir vəziyyətə çevirə bilərikmi?” Levandovski bildirib. “Biz maddənin müəyyən fazalarının harada mövcud olduğunu və bir vəziyyətin digər vəziyyətə necə keçə biləcəyini təxmin etməyə çalışırıq – mayeni qaza çevirmək haqqında düşünəndə, suyun buxara çevrilməsi üçün istilik düyməsini çevirdiyini təsəvvür edirsən. Buradan məlum olur ki, maddənin vəziyyətini manipulyasiya etmək üçün istifadə edə biləcəyimiz başqa kvant düymələri də var ki, bu da eksperimental tədqiqatlarda təsirli irəliləyişlərə səbəb ola bilər .”

Bu düymələri və ya enerji miqyasını tənzimləmək elektronlarda bərkdən mayeyə faza keçidlərini idarə edə bilər. Wigner kristallarının öyrənilməsi maddənin kvant fazalarına dair unikal fikirlər təklif edir və güclü kvant hesablamalarında və spintronikada potensial tətbiqlərə malikdir – qatılaşdırılmış maddələr fizikasında inqilabi yeni sahə, enerji sərfiyyatını və istehsal xərclərini azaldaraq nanoelektron cihazların yaddaşını və məntiqi emal qabiliyyətini artıra bilər .

Tədqiqat qrupu elektronların əməkdaşlıq davranışını daha yaxşı başa düşməyə və kvant, superkeçirici və atom texnologiyalarında sıçrayış tətbiqlərinə səbəb ola biləcək nəzəri sualları həll etməyə ümid edir.

Daha çox məlumat: Aman Kumar et al, Üçbucaqlı moir sistemlərində ümumiləşdirilmiş Wigner kristallığının mənşəyi və sabitliyi, npj Quantum Materials (2025). DOI: 10.1038/s41535-025-00792-1

Florida Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir