20 آوریل 2022 – توسط جیمز اورتون، دانشگاه واشنگتن
تصویری کارتونی از فرومغناطیس ناشی از نور که محققان در ورقه های بسیار نازک تنگستن دیزلنید و تنگستن دی سولفید مشاهده کردند. نور لیزر، که به رنگ زرد نشان داده شده است، یک اکسایتون – یک جفت متصل از یک الکترون (آبی) و بار مثبت مرتبط با آن، که به عنوان سوراخ (قرمز) نیز شناخته می‌شود، تحریک می‌کند. این فعالیت برهمکنش های تبادلی دوربرد را در میان سایر حفره های محبوس شده در ابرشبکه موآر القا می کند و چرخش آنها را در همان راستا جهت می دهد. اعتبار: شی وانگ / دانشگاه واشنگتن
محققان کشف کرده اند که نور – به شکل لیزر – می تواند نوعی مغناطیس را در یک ماده معمولی غیر مغناطیسی ایجاد کند. این مغناطیس بر رفتار الکترون ها متمرکز است. این ذرات زیراتمی دارای خاصیت الکترونیکی به نام «اسپین» هستند که کاربرد بالقوه‌ای در محاسبات کوانتومی دارند. محققان دریافتند که الکترون‌های درون ماده زمانی که توسط فوتون‌های لیزر روشن می‌شوند در یک جهت قرار می‌گیرند.
این آزمایش که توسط دانشمندان دانشگاه واشنگتن و دانشگاه هنگ کنگ هدایت شد، در 20 آوریل در Nature منتشر شد.
به گفته یکی از نویسندگان ارشد Xiaodong Xu، پروفسور برجسته بوئینگ در UW در دپارتمان فیزیک ، با کنترل و تراز کردن اسپین های الکترون در این سطح از جزئیات و دقت، این پلت فرم می تواند کاربردهایی در زمینه شبیه سازی کوانتومی داشته باشد. رشته علوم و مهندسی مواد.
ژو که همچنین محقق دانشکده مؤسسه انرژی پاک UW و مؤسسه مولکولی است، می‌گوید: «در این سیستم، ما می‌توانیم اساساً از فوتون‌ها برای کنترل ویژگی‌های «حالت پایه» – مانند مغناطیس – بارهای به دام افتاده در مواد نیمه‌رسانا استفاده کنیم “این یک سطح لازم از کنترل برای توسعه انواع خاصی از کیوبیت ها – یا “بیت های کوانتومی” – برای محاسبات کوانتومی و سایر برنامه ها است.”
Xu، که تیم تحقیقاتی او هدایت آزمایش‌ها را بر عهده داشت، این مطالعه را با نویسنده ارشد وانگ یائو، استاد فیزیک در دانشگاه هنگ کنگ، هدایت کرد، که تیمش بر روی نظریه‌ای که پایه‌ی نتایج را کار می‌کرد، کار کرد. سایر اعضای هیئت علمی دانشگاه UW که در این مطالعه شرکت داشتند، نویسندگان همکار، دی شیائو، استاد فیزیک و علوم و مهندسی مواد UW هستند که همچنین یک قرار ملاقات مشترک در آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام دارد، و دانیل گاملین، استاد شیمی دانشگاه و مرکز مواد مهندسی مولکولی.
این تیم با ورقه های فوق نازک – هر کدام فقط سه لایه اتم ضخیم – از دیزلنید تنگستن و دی سولفید تنگستن کار کردند. هر دو مواد نیمه رسانا هستند، به این دلیل که الکترون ها از طریق آنها با سرعتی بین یک فلز کاملا رسانا و یک عایق حرکت می کنند، با کاربردهای بالقوه در فوتونیک و سلول های خورشیدی، نامگذاری شده اند. محققان این دو ورق را روی هم قرار دادند تا یک “سوپرشبکه moiré”، یک ساختار انباشته از واحدهای تکرار شونده تشکیل شده است.
صفحات انباشته شده مانند این پلتفرم های قدرتمندی برای فیزیک کوانتومی و تحقیقات مواد هستند زیرا ساختار ابرشبکه می تواند اکسیتون ها را در جای خود نگه دارد. اکسایتون‌ها جفت‌هایی از الکترون‌های «تحریک‌شده» و بارهای مثبت مرتبط با آنها هستند و دانشمندان می‌توانند چگونگی تغییر خواص و رفتار آنها را در پیکربندی‌های مختلف ابرشبکه اندازه‌گیری کنند.
محققان در حال بررسی خواص اکسایتون در ماده بودند که کشف شگفت انگیزی کردند که نور باعث ایجاد یک خاصیت مغناطیسی کلیدی در ماده معمولی غیر مغناطیسی می شود. فوتون‌های ارائه شده توسط لیزر، اکسیتون‌های درون مسیر پرتو لیزر را برانگیخته می‌کنند، و این اکسیتون‌ها نوعی همبستگی دوربرد را در میان الکترون‌های دیگر القا می‌کنند، با اسپین‌های آنها همگی در جهت یکسانی هستند.
ژو می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد که اکسایتون‌های درون ابرشبکه شروع به «گفت‌وگو» با الکترون‌های از هم جدا شده فضایی کرده‌اند. سپس، از طریق اکسیتون‌ها، الکترون‌ها برهمکنش‌های مبادله‌ای برقرار کردند و با اسپین‌های هم‌تراز، چیزی را به‌عنوان «حالت منظم» تشکیل دادند.
هم ترازی اسپینی که محققان در داخل ابرشبکه مشاهده کردند، مشخصه فرومغناطیس است، شکل مغناطیس ذاتی موادی مانند آهن. معمولاً در تنگستن دیزلنید و تنگستن دی سولفید وجود ندارد. ژو گفت که هر واحد تکرار شونده در ابرشبکه موآر اساساً مانند یک نقطه کوانتومی عمل می کند تا یک اسپین الکترون را به دام بیندازد. اسپین‌های الکترونی به دام افتاده که می‌توانند با یکدیگر «صحبت» کنند، به‌عنوان پایه‌ای برای نوعی کیوبیت، واحد پایه برای رایانه‌های کوانتومی که می‌تواند از ویژگی‌های منحصربه‌فرد مکانیک کوانتومی برای محاسبات استفاده کند، پیشنهاد شده است.
در مقاله جداگانه‌ای که در 25 نوامبر در Science منتشر شد، ژو و همکارانش خواص مغناطیسی جدیدی را در ابرشبکه‌های موآر که توسط ورقه‌های بسیار نازک تشکیل شده‌اند، یافتند.
