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中子螺旋波首次在實驗室觀察到 為下一代量子材料研發(fā)提供全新途徑

發(fā)布時間:2022-11-23 15:29:00來源: 科技日報

  科技日報北京11月22日電 (記者劉霞)來自加拿大和美國的科學(xué)家在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表論文稱,他們首次在實驗室研制出能產(chǎn)生擁有量子化軌道角動量的中子的裝置,為下一代量子材料的研發(fā)提供了全新途徑,有望推進(jìn)量子計算的發(fā)展,識別并解決基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的新問題。

  最新研究負(fù)責(zé)人、滑鐵盧大學(xué)量子計算研究所(IQC)的科學(xué)家杜?!に_雷納博士說:“中子是表征新興量子材料的有力探針,因為它們擁有幾個獨有的特征:它們的波長為納米級、呈電中性且質(zhì)量相對較大。這些特征意味著中子可以穿過X射線和光無法穿過的材料?!?/p>

  雖然科學(xué)家們此前已經(jīng)對如何在實驗室產(chǎn)生光子和電子的軌道角動量進(jìn)行了深入研究,但為中子而設(shè)計的裝置從未被研制出來。鑒于中子的獨特屬性,研究人員必須建造新裝置,并開發(fā)新方法以適用于中子。

  在最新實驗中,來自IQC、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所及橡樹嶺國家實驗室的科學(xué)家們構(gòu)建了微型叉形硅光柵結(jié)構(gòu),這些器件非常小,在0.5厘米乘0.5厘米的區(qū)域內(nèi),可容納超過600萬個單獨的叉形相位光柵。

  研究人員解釋稱,當(dāng)一束中子通過這個裝置時,單個中子會以螺旋狀纏繞,在行進(jìn)19米后,一臺特殊的中子相機(jī)捕獲中子的圖像。他們觀察到,每個中子都延展到10厘米寬的甜甜圈形狀。這些中子的環(huán)形圖案顯示,它們處于一個特殊的螺旋狀態(tài)。這表明該小組的光柵裝置制造出了擁有量子化軌道角動量的中子束,這是科學(xué)家們首次實現(xiàn)這一點。

  研究人員指出,中子在基礎(chǔ)物理學(xué)實驗中很受歡迎,科學(xué)家們能很容易地使用其3個自由度:自旋、路徑和能量。

  薩雷納表示,在最新實驗中,他們讓使用中子束的軌道角動量成為可能,這將提供額外的量子化自由度。為此,他們正在開發(fā)一個工具箱,以表征和檢查下一代量子設(shè)備(如量子模擬器和量子計算機(jī))所需的復(fù)雜材料。

(責(zé)編:陳濛濛)

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