Un nuevo estudio describe propiedades previamente inesperadas en un material cuántico complejo conocido como Ta.2NiSe5. Utilizando una nueva tecnología desarrollada en la Universidad de Pensilvania, estos hallazgos tienen implicaciones para el desarrollo futuro de dispositivos y aplicaciones cuánticas. Esta investigación fue publicada en progreso de la cienciaFue realizado por el estudiante de posgrado Harshvardhan Jog y dirigido por el profesor Ritesh Agarwal en colaboración con Eugene Meili y Luminita Harnagea del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica.
Si bien el campo de la ciencia de la información cuántica ha progresado en los últimos años, el uso generalizado de las computadoras cuánticas aún es limitado. Un desafío es poder usar solo una pequeña cantidad de ‘qubits’, la unidad que realiza los cálculos en una computadora cuántica, porque las plataformas actuales no están diseñadas para permitir que muchos qubits ‘hablen’ entre sí. Para cumplir con este desafío, los materiales deben ser efectivos en Entrelazamiento cuánticoque se produce cuando los estados de los qubits se mantienen relacionados independientemente de la distancia entre ellos, así como de la coherencia, o cuando el sistema es capaz de mantener este entrelazamiento.
En este estudio, Jog observó a Ta2NiSe5, que es un sistema físico con una fuerte afinidad electrónica, lo que lo hace atractivo para los dispositivos cuánticos. Un enlace electrónico fuerte significa que la estructura atómica del material está relacionada con sus propiedades electrónicas y la fuerte interacción que se produce entre los electrones.
para estudiar ta2NiSe5Jog usó una modificación de una técnica desarrollada en el laboratorio de Agarwal conocida como efecto fotoeléctrico circular, en la que la luz está diseñada para transportar un campo eléctrico y puede probar las propiedades de diferentes materiales. Esta tecnología, que se ha desarrollado y replicado en los últimos años, ha revelado conocimientos sobre materiales como el silicio y los semimetales de Weyl de formas que no son posibles con los experimentos convencionales de física y ciencia de materiales.
Pero el desafío de este estudio, dice Agarwal, es que este método solo se ha aplicado en sujetos sin simetría de reflexiónmientras que Ta2NiSe5 Tiene simetría refleja, Jogg «quería ver si esta técnica podría usarse para estudiar materiales que tienen simetría inversa que, desde una perspectiva convencional, no debería producir esa respuesta», dice Agarwal.
Después de ponerse en contacto con Harnagea para obtener muestras de alta calidad de Ta2NiSe5, Jog y Agarwal utilizaron una versión modificada del efecto de luz circular y se sorprendieron al ver que se estaba produciendo una señal. Después de realizar estudios adicionales para confirmar que no se trataba de un error o de un artefacto experimental, trabajaron con Milli para desarrollar una teoría que pudiera ayudar a explicar estos resultados inesperados.
Milli dice que el desafío en el desarrollo de una teoría es lo que se ha asumido sobre la simetría Ta.2NiSe5 No se alineó con los resultados del experimento. Luego, después de encontrar un artículo teórico anterior de que la simetría era más baja de lo que se suponía, pudieron desarrollar una explicación para estos datos. «Nos dimos cuenta de que si había una fase de baja temperatura en la que el sistema se cortaba espontáneamente, esto desencadenaría, lo que indicaría que este material se deformó para esta otra estructura», dice Milli.
Al combinar su experiencia tanto experimental como teórica, un componente clave para el éxito de este proyecto, los investigadores descubrieron que este material había roto la simetría, un hallazgo que tiene implicaciones importantes para el uso de este y otros materiales en dispositivos futuros. Esto se debe a que la simetría juega un papel esencial en la clasificación de las fases de la materia y, en última instancia, en la comprensión de sus propiedades últimas.
Estos resultados también proporcionan una plataforma para encontrar y describir propiedades similares en otros tipos de materiales. “Ahora, tenemos una herramienta que puede investigar con mucha precisión simetría trituración de materiales cristalinos; Para comprender cualquier asunto complejo, debes pensar en las simetrías porque tienen enormes implicaciones”, dice Agarwal.
Si bien todavía queda un «largo viaje» antes de ta2NiSe5 Se puede incorporar en dispositivos cuánticos, y los investigadores ya están avanzando en la evaluación de este fenómeno. En el laboratorio, Jog y Agarwal están interesados en estudiar los niveles de energía adicionales dentro de Ta.2NiSe5, buscando propiedades topológicas potenciales y usando el método fotogalvánico circular para estudiar otros sistemas asociados para ver si también tienen propiedades similares. En el lado teórico, Mille estudia la prevalencia de este fenómeno en otros sistemas de materia y está desarrollando sugerencias para otros materiales para el estudio futuro de los experimentadores.
«Lo que estamos viendo aquí es una respuesta que no debería ocurrir pero ocurre en estas circunstancias», dice Milly. «Ampliar el espacio para las estructuras que tiene, donde puede activar estos efectos nominalmente prohibidos, es realmente importante. No es la primera vez que esto sucede en la espectroscopia, pero cada vez que sucede, es interesante».
Además de proporcionar una nueva herramienta para estudiar cristales complejos para comunidad de investigacióneste trabajo también proporciona información importante sobre los tipos de materiales que podrían proporcionar dos características clave, el entrelazamiento y la coherencia macroscópica, que son esenciales para futuras aplicaciones cuánticas que van desde el diagnóstico médico hasta la electrónica y los sensores de bajo consumo.
«La idea a largo plazo, y uno de los mayores objetivos de la física de la materia condensada, es poder comprender los estados de la materia altamente entrelazada porque estos mismos materiales pueden realizar muchas simulaciones complejas», dice Agarwal. «Podría ser que, si podemos entender este tipo de sistemas, pueden convertirse en plataformas naturales para hacer simulaciones cuánticas a gran escala».
Harshvardhan Jog et al, intercambio de simetrías rotas mediado por acoplamiento en Ta2NiSe5 revelado a partir de una fotoemisión circular de cuadrupolo, progreso de la ciencia (2022). DOI: 10.1126 / sciadv.abl9020
Introducción de
Universidad de Pennsylvania
La frase: Descubrimiento de propiedades inesperadas en un material cuántico complejo (2022, 17 de febrero) Obtenido el 17 de febrero de 2022 de https://phys.org/news/2022-02-uncovering-unuable-properties-complex-quantum.html
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