Los físicos han observado un orden magnético espontáneo de electrones y espines nucleares en un cable cuántico a temperaturas de 0,1 grados Kelvin. En el pasado, esto era posible sólo a temperaturas mucho más bajas, por lo general en el rango microkelvin. El acoplamiento de los núcleos y los electrones crea un nuevo estado de la materia por lo que surge una orden de espín nuclear a una temperatura mucho más alta
Para Helicoidal: Los espines de los electrones y los núcleos (flechas rojas) tienen la forma de una hélice que gira a lo largo del eje del cable cuántico. La cinta azul es una guía para el ojo de la hélice.
s físicos de la Universidad de Basilea han observado un orden magnético espontáneo de electrones y espines nucleares en un cable cuántico a temperaturas de 0,1 grados Kelvin. En el pasado, esto era posible sólo a temperaturas mucho más bajas, por lo general en el rango microkelvin. El acoplamiento de los núcleos y los electrones crea un nuevo estado de la materia por lo que surge una orden de espín nuclear a una temperatura mucho más alta. Los resultados son consistentes con un modelo teórico desarrollado en Basilea hace unos años, según lo informado por los investigadores en la revista científica Physical Review Letters.
Los investigadores, dirigidos por el profesor Dominik Zumbühl de la Universidad del Departamento de Física de Basilea, usan hilos cuánticos realizados desde el arseniuro de galio semiconductor. Estas son estructuras unidimensionales en la que los electrones pueden moverse en una sola dirección espacial.
A temperaturas superiores a 10 grados Kelvin, los hilos cuánticos exhibieron universal conductancia cuantificado, lo que sugiere que los espines de los electrones no se les ordenó. Sin embargo, cuando los investigadores utilizaron el helio líquido para enfriar los cables a una temperatura por debajo de 100 milikelvin (0,1 Kelvin), las mediciones electrónicas mostraron un descenso en la conductancia por un factor de dos, lo que sugiere una orientación colectiva del espín del electrón. Este estado también se mantuvo constante cuando los investigadores enfriaron la muestra a temperaturas aún más bajas, hasta 10 milikelvin.
Acoplamiento de spin electrónico nucleares
Los resultados son excepcionales ya que esta es la primera vez que el orden de espín nuclear se ha medido a temperaturas tan altas como 0,1 Kelvin. Anteriormente, para spin nuclear espontánea se observó solamente en temperaturas mucho más bajas, por lo general por debajo de 1 microkelvin; es decir cinco órdenes de magnitud inferior en la temperatura.
La razón por la orden de espín nuclear es posible ya en 0,1 Kelvin es que los núcleos de los átomos de galio y arsénico en estos alambres cuánticos par a los electrones, que actuar por sí mismos de nuevo en los espines nucleares, que a su vez interactúan con los electrones, y así sucesivamente . Este mecanismo de retroalimentación amplifica fuertemente la interacción entre los momentos magnéticos, creando así el nucleares combinado y de electrones giro magnetismo. Esta orden se estabiliza aún más por el hecho de que los electrones en dichos hilos cuánticos tienen fuertes interacciones mutuas, chocar entre sí como los vagones en una sola pista.
Para electrón y el espín nuclear helicoidal
Curiosamente, en el estado ordenado, los espines de los electrones y los núcleos no todos apuntan en la misma dirección. En su lugar, adoptan la forma de una hélice que gira a lo largo del cable cuántico. Esta disposición helicoidal es predicha por un modelo teórico descrito por el profesor Daniel Loss y sus colaboradores en la Universidad de Basilea en 2009. De acuerdo con este modelo, la conductancia baja por un factor de dos en la presencia de una hélice de espín nuclear. Todas las otras teorías existentes son incompatibles con los datos de este experimento.
Un paso más hacia el desarrollo de ordenadores cuánticos
Los resultados del experimento son importantes para la investigación fundamental, pero también son interesantes para el desarrollo de ordenadores cuánticos basados en el espín del electrón como una unidad de información (propuesto por Daniel Loss y David P. DiVincenzo en 1997). Con el fin de electrón gira para ser utilizado para el cálculo, que deben mantenerse estable durante un largo período. Sin embargo, la dificultad de controlar espines nucleares presenta una importante fuente de error para la estabilidad de los espines de los electrones.
El trabajo de los físicos de Basilea abre nuevas vías para mitigar estas fluctuaciones de espín nuclear disruptivas: con el fin de spin nuclear logrado en el experimento, puede ser posible generar mucho más estables unidades de información en los hilos cuánticos.
Además, los espines nucleares se pueden controlar con campos electrónicos, que no era posible anteriormente. Mediante la aplicación de un voltaje, los electrones son expulsados de los semiconductores, que se disuelve el acoplamiento de electrones-núcleo y el orden helicoidal.
El trabajo fue realizado por un equipo internacional dirigido por el profesor Dominik Zumbühl de la Universidad del Departamento de Física de Basilea, el equipo recibió apoyo en las mediciones de la Universidad de Harvard (Profesor Amir Yacoby). Los nanocables se originó en la Universidad de Princeton (Loren N. Pfeiffer y Ken West).
La investigación ha sido co-financiado por el Consejo Europeo de Investigación, la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza, el Centro de Basilea para la Computación Cuántica y Quantum Coherencia (Basilea QC2 Center), el Instituto de Nanociencia de Suiza y el NCCR Quantum Ciencia y Tecnología (QSIT).
Historia de Fuente:
La historia anterior se basa en los materiales proporcionados por Universität Basilea. Nota: Los materiales pueden ser editados por el contenido y duración.
Journal Referencias :
- C. P. Scheller, T.-M. Liu, G. Barak, A. Yacoby, Pfeiffer LN, KW West, DM Zumbühl. Posible Evidencia para Helicoidal Nuclear de Spin Orden en alambres GaAs Quantum . Physical Review Letters , 2014; 112 (6) DOI:10.1103/PhysRevLett.112.066801
- Bernd Braunecker, Pascal Simon, Daniel Loss. magnetismo nuclear y el orden de electrones en interacción conductores unidimensionales . Revisión B Física , 2009; 80 (16) DOI: 10.1103/PhysRevB.80.165119
Fuente: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140211083818.htm
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