Atomernes Quantum Spin Kontrolleret I Udlig Kølet Gas

{h1}

Fysikere viser, at de kan manipulere kvantespidserne af atomer, muligvis åbne vejen for nye former for elektronik som spintronik.

Fysikere har afsløret en ny måde at styre atomernes omdrejningstal på, en præstation, der kunne åbne vejen for nye typer sensorer, samtidig med at man kaster lys på grundlæggende fysik.

Mens videnskabsmænd har været i stand til at knuse spidserne af atomer i fortiden, er denne nye præstation, der er detaljeret i 6. juni udgaven af ​​tidsskriftet Nature, første gang de har gjort det i en mærkelig kølet gas kaldet et Bose-Einstein-kondensat.

Forskerne siger, at fundet kan også være et skridt i retning af spintronics, eller elektroniske kredsløb, der bruger en elektrons spinding i stedet for dens opladning til at bære information.

Kølet rubidium

Forskerholdet fra Joint Quantum Institute, National Institute for Standards and Technology (NIST) og University of Maryland brugte flere lasere til at fælde rubidiumatomer i et vakuumkammer. Rubidiumatomerne var i en lille sky, ca. 10 mikrometer på en side, hvor 1 mikrometer er omkring størrelsen af ​​en bakterie. Atomerne blev afkølet til nogle få milliardedele af en grad over absolut nul. [Wacky Physics: De fedeste små partikler i naturen]

Ved at afkøle atomerne skabte forskerne et Bose-Einstein-kondensat, en særlig form for gas, hvor alle atomer er i samme kvantemekaniske tilstand, hvilket betyder, at de alle havde enten "op" eller "ned" -spinninger; kondensatet afslørede fænomener, der normalt kun kunne ses i atomskalaen.

Derudover er meget kolde atomer lettere at spore, da de bevæger sig relativt langsomt. Ved normale temperaturer bevæger atomerne sig hurtigt, og apparatet skal være større. "Du vil give dig selv den tid, som ultrakold atomer giver dig," sagde forskerforsker Ian Spielman, en NIST fysiker. "Og du kan gøre det hele på mindre plads."

Forskerne brugte derefter et andet sæt lasere til forsigtigt at skubbe den kolde gas. Det lille tryk skiftede atomerne lige så godt, at holdet kunne se atomer med forskellige spins eller magnetiske justeringer, flytte til den ene side eller den anden, afhængigt af om de spinde op eller ned.

Bevægelsen kaldes spin Hall effekten. Det involverer partikler med forskellige spinder, der flytter til den ene side eller den anden af ​​et stykke materiale, når en elektrisk strøm løber igennem den. Partiklerne - de kan være elektroner eller atomer - bevæger sig vinkelret på strømens retning.

Spin Hall-effekter er blevet detekteret før i halvledere, men det er første gang, at der er udført et eksperiment med et Bose-Einstein-kondensat.

Ved at fremkalde denne effekt i rubidium viste NIST-holdet, at de kunne styre, hvor atomerne i forskellige spins gik, i dette tilfælde ved at anvende en laser.

Spintronics og sensorer

Konceptet har andre applikationer, hvoraf den ene er "spintronik". En spintronic computer ville være i stand til at lagre flere data og færdiggøre beregninger hurtigere end traditionelle computere.

Mens ingen er kommet tæt på at udvikle spintroniske kredsløb, er tættere på horisonten bedre inertiale sensorer, som opdager acceleration og bevægelse. Sofistikeret bruges til fysiske eksperimenter, siger Spielman. For eksempel kan man se på atomer af forskellige spinder drift ved at vise små variationer i gravitations- og magnetfelter.

Med hensyn til grundlæggende fysik viste eksperimentet, at da det er muligt at inducere spin Hall-effekten, er det også muligt at fremkalde sin kvante-mekaniske fætter. Quantum spin Hall-effekten beskriver en tilstand af materie, der eksisterer i todimensionelle materialer, der normalt er isolatorer snarere end elektriske ledere. Det involverer spin-up partikler - normalt elektroner - ledende langs en kant af isolatoren, mens spin-down elektroner rejser langs den anden side. Det vil blive udforsket i et fremtidigt sæt eksperimenter, sagde Spielman.

Matthew Beeler, hovedforfatter og nu en medarbejderforsker ved Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, sagde, at eksperimentet udvider "værktøjskassen" til rådighed for forskere, der ønsker at manipulere partikler og deres spins. "Strømmen er evnen til at kombinere værktøjerne på nye måder. Du kan tage spin Hall effekt og tilføje det til noget andet," sagde Beeler.

Følg os @wordssidekick, Facebook & Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com