.Electrons Defy Expectations: Quantum Discoveries Unveil New States of Matter

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.Electrons Defy Expectations: Quantum Discoveries Unveil New States of Matter

전자는 기대를 거부합니다: 양자 발견은 물질의 새로운 상태를 공개합니다

원자핵을 공전하는 전자

저자: Justin Lilly, Georgia State University2024년 8월 16일1개의

원자핵을 공전하는 전자 조지아 주립대에서 분수 양자 홀 효과에 대한 획기적인 연구를 통해 새로운 물질 상태가 발견되었습니다. 극한의 실험 조건에 뒷받침된 이 혁신적인 작업은 양자 컴퓨팅의 미래 기술을 위한 길을 열었습니다. 연구자들은 분수 양자 홀 효과 연구에서 새로운 현상을 발견했습니다. 극한의 조건에서 수행된 이들의 실험은 예상치 못한 물질 상태를 밝혀냈고, 이는 기존 이론에 도전하며 양자 컴퓨팅 과 재료 과학 의 발전을 위한 토대를 마련했습니다 .

양자 물리학의 수수께끼 같은 세계 탐험 3차원 세계 대신 2차원 평지를 상상해 보세요. 물리 법칙이 뒤집히고 전자와 같은 입자가 새로운 비밀을 밝혀내기 위해 기대에 부응합니다. 조지아 주립대 물리학 교수인 Ramesh G. Mani와 최근 박사 학위를 취득한 U. Kushan Wijewardena를 포함한 연구진이 조지아 주립대 연구실에서 연구해 온 내용이 바로 그것입니다. 그들의 연구는 최근 저널 Communications Physics 에 발표된 발견으로 이어졌습니다 .

이 팀은 분수 양자 홀 효과(FQHE)의 수수께끼 같은 세계를 탐구하여 이러한 시스템을 새로운 방식으로 조사하고 평소의 경계를 넘어설 때 새롭고 예상치 못한 현상을 발견했습니다. 분수 양자 홀 효과의 획기적인 진전 "분수 양자 홀 효과에 대한 연구는 수십 년 동안 현대 응집 물질 물리학의 주요 초점이었습니다. 왜냐하면 평평한 땅의 입자는 여러 가지 성격을 가질 수 있고 요구에 따라 맥락에 따라 다른 성격을 보일 수 있기 때문입니다." 마니가 말했습니다.

"최근 발견은 이 분야의 경계를 넓히고 이러한 복잡한 시스템에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다." 양자 홀 효과는 1980년 클라우스 폰 클리칭이 간단한 전기적 측정으로 우주의 행동을 결정하는 몇 가지 기본 상수에 대해 매우 정확한 값을 제공할 수 있다는 발견을 보고한 이래 응집 물질 물리학에서 활기차고 핵심적인 분야였습니다. 이 발견으로 그는 1985년 노벨상을 수상했습니다 . 1998년에 분수 양자 홀 효과의 발견과 이해에 대한 노벨상이 수여되었는데, 이는 평지 입자가 분수 전하를 가질 수 있다는 것을 시사했습니다. 그 여정은 평지에서 무질량 전자의 가능성을 보여준 그래핀 의 발견으로 이어졌고 , 2010년에 또 다른 노벨상을 수상했습니다. 마지막으로, 양자 홀 효과와 관련된 물질의 새로운 단계에 대한 이론이 2016년 노벨상을 수상했습니다 .

응집물질물리학이 기술에 미치는 영향 응집 물질 물리학은 휴대전화, 컴퓨터, GPS , LED 조명, 태양 전지, 심지어 자율 주행 자동차와 같은 현대 전자 제품을 가능하게 한 발견을 낳았습니다. 평지 과학과 평지 재료는 이제 응집 물질 물리학에서 새로운 센서, 고효율 태양 전지, 양자 컴퓨터, 위상 양자 컴퓨터를 포함하여 더 에너지 효율적이고 유연하며 빠르고 가벼운 미래 전자 제품을 실현하려는 목표로 연구되고 있습니다.

영어: -459°F(-273°C)에 가까운 극도로 추운 환경에서 일련의 실험을 하고 지구보다 거의 100,000배 강한 자기장에서 Mani, Wijewardena 및 동료들은 작업을 시작했습니다. 그들은 갈륨 비소화물(GaAs)과 알루미늄 갈륨 비소화물(AlGaAs) 소재의 샌드위치 구조로 만든 고이동도 반도체 소자에 보충 전류를 인가하여 평지에서 전자를 실현하는 데 도움이 되었습니다. 그들은 모든 FQHE 상태가 예기치 않게 분리되고, 그 다음에 분리된 가지가 교차하는 것을 관찰하여 이러한 양자 시스템의 새로운 비평형 상태를 탐구하고 완전히 새로운 물질 상태를 밝혀낼 수 있었습니다.

이 연구는 스위스 연방 공과대학 취리히에서 베르너 베그샤이더 교수와 크리스티안 라이흘 박사가 제작한 고품질 결정이 이 연구의 성공에 중요한 역할을 했다는 점을 강조합니다. 혁신적인 연구를 통해 새로운 물질 상태 공개 "분수 양자 홀 효과에 대한 전통적인 연구는 건물의 1층을 탐험하는 것과 같다고 생각하세요." 마니가 말했다. "저희 연구는 위층을 찾고 발견하는 것입니다. 흥미로운 미개척 층이죠. 그리고 그 층들이 어떤 모습인지 알아내는 것입니다. 놀랍게도 간단한 기술로 우리는 이 위층에 접근하여 들뜬 상태의 복잡한 특징을 발견할 수 있었습니다."

작년에 조지아 주립대에서 물리학 박사 학위를 취득하고 현재 밀레지빌에 위치한 조지아 칼리지 앤 주립대의 교수로 재직 중인 위제와르데나는 자신의 연구에 대한 기대감을 표현했습니다. "우리는 수년간 이러한 현상에 대해 연구해 왔지만, 직류 바이어스를 적용하여 유도된 분수 양자 홀 상태의 들뜬 상태를 달성하는 이러한 실험 결과를 보고한 것은 이번이 처음입니다." Wijewardena가 말했습니다. "결과는 흥미진진하며, 관찰 결과에 대한 타당한 설명을 하는 데 꽤 오랜 시간이 걸렸습니다." National Science Foundation과 Army Research Office의 지원을 받은 이 연구는 기존 이론에 도전할 뿐만 아니라 관찰된 비평형 여기 상태 FQHE에 대한 하이브리드 기원을 제안합니다. 이 혁신적인 접근 방식과 예상치 못한 결과는 응집 물질 물리학 분야에서 새로운 발견의 잠재력을 강조하여 미래 연구와 기술 발전에 영감을 줍니다.

팀의 연구 결과가 의미하는 바는 실험실을 훨씬 넘어서 양자 컴퓨팅과 재료 과학에 대한 잠재적 통찰력을 암시합니다. 이러한 미지의 영역을 탐구함으로써 이 연구자들은 데이터 처리에서 에너지 효율성에 이르기까지 모든 것을 혁신할 수 있는 미래 기술을 위한 토대를 마련하고 새로운 세대의 학생들을 교육하고 있으며, 동시에 하이테크 경제에 동력을 공급하고 있습니다. 마니, 위제와르데나, 그리고 그들의 팀은 이제 훨씬 더 극한의 조건으로 연구를 확장하여 어려운 평지 매개변수를 측정하는 새로운 방법을 탐구하고 있습니다. 그들이 앞으로 나아가면서, 그들은 이러한 양자 시스템에서 더 많은 뉘앙스를 발견하여 이 분야에 귀중한 통찰력을 제공할 것으로 기대합니다. 각 실험을 통해 팀은 작용하는 복잡한 행동을 이해하는 데 더 가까이 다가가며 그 과정에서 새로운 발견의 가능성에 열려 있습니다.

참고문헌: U. Kushan Wijewardena, Ramesh G. Mani, Annika Kriisa, Christian Reichl 및 Werner Wegscheider의 "전류 바이어스 분광법을 통해 관찰된 비평형 여기 상태 분수 양자화 홀 효과", 2024년 8월 6일, Communications Physics . DOI: 10.1038/s42005-024-01759-7

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mssoms 메모 2408171334

나의 msbase.nk2는 높은 적적산에 비유되는 등고선 지도나 사진으로 나타나게 되지만, 때때로 깊은 3d 우물이거나 굴뚝, 도파관으로 표현된다. 타공판 qpeoms를 중첩하면 분수 양자 홀이 생긴다.

만약에 qpeoms 타공판이 무한히 중첩하여도 등고선으로 남는다면 그것은 응집 물리이다. 거대한 질량으로 중력이 생기는 것은 평면에 놓여진 아인쉬타인의 휘어진 시공간으로 취급 된다.

소스1.
평지 과학과 평지 재료는 이제 응집 물질 물리학에서 새로운 센서, 고효율 태양 전지, 양자 컴퓨터, 위상 양자 컴퓨터를 포함하여 더 에너지 효율적이고 유연하며 빠르고 가벼운 미래 전자 제품을 실현하려는 목표로 연구되고 있다.

"*분수 양자 홀 효과에 대한 전통적인 연구는 건물의 1층을 탐험하는 것과 같다고 생각하세요." 마니가 말했다. "저희 연구는 위층을 찾고 발견하는 것입니다. 흥미로운 미개척 층이죠. 그리고 그 층들이 어떤 모습인지 알아내는 것입니다. 놀랍게도 간단한 기술로 우리는 이 위층에 접근하여 들뜬 상태의 복잡한 특징을 발견할 수 있었습니다."

*참고1.
양자 홀 효과(

quantum Hall effect, QHE)는 2차원 전자기체에 수직방향으로 자기장이 작용할 때 나타나는 물리현상이다. 이때 전기장 방향(종방향)의 저항(Rxx)는 제로가 되지만 횡 방향의 홀(Hall)저항(RH=Rxy)은 h/e2 의 유리수 곱으로 양자화 된다. 이 QHE는 단원자 물질의 단일 전자가 자기장 속에 놓여 있을 때는 Landau 레벨에 따라 양자화 된다. QHE는 응집물리학에서 2차원 전자가스(two-dimensional electron gas, 2DEG)의 전도현상을 가장 확실하게 설명해 주는 물리이다.

1.
양자 홀 효과는 아인쉬타인의 휘여진 시공간을 나타내며 qpeoms로 응집물리가 나타난 현상으로 보여진다. 허허.

참으로 묘하네! qpeoms.2d, 여기에 주요한 자연현상이 다 모여있어...어허.

양자홀 효과~qpeoms.거대 질량의 2d 응집물리~아인쉬타인의 휘여진 시공간의 중력이론~허허.

No photo description available.

mssoms memo 2408171334

My msbase.nk2 is shown as a contour map or photo, which is likened to a high-level mountain, but sometimes it is expressed as a deep 3D well, a chimney, or a waveguide. When you overlap the perforated plates qpeoms, you get a fractional quantum Hall effect.

If the perforated plates qpeoms are infinitely overlapped and still remain as contour lines, it is condensed matter physics. Gravity generated by a large mass is treated as Einstein's warped spacetime placed on a plane.

Source 1.
Plain science and plain materials are now being studied in condensed matter physics with the goal of realizing more energy-efficient, flexible, fast, and lightweight future electronics, including new sensors, high-efficiency solar cells, quantum computers, and topological quantum computers.

"*Think of the traditional study of the fractional quantum Hall effect as exploring the first floor of a building," Mani said. "Our research is to find and discover the upper layer. It is an interesting unexplored layer. And to find out what those layers look like. Surprisingly, with a simple technique, we were able to access this upper layer and discover the complex characteristics of the excited state."

*Reference 1.
The quantum Hall effect (QHE) is a physical phenomenon that occurs when a magnetic field is applied perpendicularly to a two-dimensional electron gas. At this time, the resistance (Rxx) in the direction of the electric field (longitudinal direction) becomes zero, but the Hall resistance (RH=Rxy) in the transverse direction is quantized as a rational product of h/e2. This QHE is quantized according to the Landau level when a single electron of a monoatomic substance is placed in a magnetic field. QHE is the physics that most clearly explains the conduction phenomenon of a two-dimensional electron gas (2DEG) in condensed matter physics.

1.
The quantum Hall effect represents Einstein's warped spacetime and is seen as a phenomenon in which condensed matter appears as qpeoms. Heh heh.

How strange! qpeoms.2d, all the major natural phenomena are gathered here... oh heh.

Quantum Hall effect~qpeoms. 2d condensed physics of large masses~Einstein's theory of gravity in warped spacetime~ heh heh.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca

.Physicists uncover new phenomena in fractional quantum Hall effects

물리학자들은 분수 양자 홀 효과에서 새로운 현상을 발견하다

새로운 발견은 전자의 행동에 대한 통찰력을 제공합니다.

저자: Justin Lilly, Georgia State University 현재 편향 하에서 평형 FQHE 상태의 분할. 출처: Communications Physics (2024). DOI: 10.1038/s42005-024-01759-7 August 15, 2024

3차원 세계 대신 2차원 평지를 상상해 보세요. 물리 법칙이 뒤집히고 전자와 같은 입자가 새로운 비밀을 밝혀내기 위해 기대에 어긋납니다. 조지아 주립대 물리학 교수인 Ramesh G. Mani와 최근 박사 학위를 취득한 U. Kushan Wijewardena를 포함한 연구진이 조지아 주립대 연구실에서 연구한 내용이 바로 그것입니다. 그들의 연구는 최근 저널 Communications Physics 에 발표된 발견으로 이어졌습니다 .

이 팀은 분수 양자 홀 효과(FQHE)의 수수께끼 같은 세계를 조사하여 이러한 시스템을 새로운 방식으로 조사하고 평소의 경계를 넘어 확장했을 때 새롭고 예상치 못한 현상을 발견했습니다. "분수 양자 홀 효과에 대한 연구는 수십 년 동안 현대 응집 물질 물리학의 주요 초점이었습니다. 왜냐하면 평평한 땅의 입자는 여러 가지 성격을 가질 수 있고 필요에 따라 맥락에 따라 성격을 보일 수 있기 때문입니다." 마니가 말했습니다.

"우리의 최신 연구 결과는 이 분야의 경계를 넓히고 이러한 복잡한 시스템 에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다 ." 양자 홀 효과는 1980년 클라우스 폰 클리칭이 간단한 전기적 측정으로 우주의 행동을 결정하는 몇 가지 기본 상수에 대해 매우 정확한 값을 제공할 수 있다는 발견을 보고한 이래 응집 물질 물리학에서 활기차고 핵심적인 분야였습니다. 이 발견으로 그는 1985년 노벨상을 수상했습니다.

1998년에 분수 양자 홀 효과의 발견과 이해에 대한 노벨상이 수여되었는데, 이는 평지 입자가 분수 전하를 가질 수 있다는 것을 시사했습니다. 그 여정은 평지에서 무질량 전자의 가능성을 보여준 물질인 그래핀의 발견으로 이어졌고, 2010년에 또 다른 노벨상을 수상했습니다. 마지막으로, 양자 홀 효과와 관련된 물질의 새로운 단계에 대한 이론이 2016년 노벨상을 수상했습니다. 응집 물질 물리학은 휴대전화, 컴퓨터, GPS, LED 조명, 태양 전지, 심지어 자율 주행 자동차와 같은 현대 전자 제품을 가능하게 한 발견을 낳았습니다.

평지 과학과 평지 재료는 이제 응집 물질 물리학에서 새로운 센서, 고효율 태양 전지, 양자 컴퓨터 및 위상 양자 컴퓨터를 포함하여 더 에너지 효율적이고 유연하며 빠르고 가벼운 미래 전자 제품을 실현하는 것을 목표로 연구되고 있습니다.

새로운 발견은 전자의 행동에 대한 통찰력을 제공합니다.

T = 25 mK에서 GaAs/AlGaAs 이종 구조 홀 바 소자의 수송 특성.a 대각선 ( R x x )과 비대각선 홀( R x y ) 저항은 관찰 가능한 FQHE를 강조하기 위해 충진 계수 범위 2 ≤ ν ≤ 1에 해당하는 4 ≤ B ≤ 8 테슬라 사이에서 표시됩니다 .b R x x 및 R x y 는 전체 범위 0 ≤ B ≤ 8.5 테슬라 에 대해 표시됩니다 .c R x y 는 Δ I D C = 0.25 μA 단계에서 0 ≤ I D C ≤ 1 μA 사이의 다른 DC 바이어스 전류( I D C ) 에 대해 0 ≤ B ≤ 4.5 테슬라 사이의 IQHE 영역에 대해 표시됩니다.I D C 가 관찰 가능한 IQHE(수평선으로 표시) 를 수정하지 않음 을 나타내는 트레이스는 명확성을 위해 가로 좌표를 따라 1 테슬라만큼 오프셋 되었습니다 . 출처: Communications Physics (2024). DOI: 10.1038/s42005-024-01759-7

-459°F(-273°C)에 가까운 극한의 추운 환경에서 일련의 실험을 하고, 지구보다 거의 100,000배 강한 자기장 하에서 Mani, Wijewardena와 동료들은 작업을 시작했습니다. 그들은 갈륨 비소화물(GaAs)과 알루미늄 갈륨 비소화물(AlGaAs) 소재의 샌드위치 구조로 만든 고이동성 반도체 소자에 보충 전류를 인가했는데, 이는 평평한 땅에서 전자를 실현하는 데 도움이 됩니다.

그들은 모든 FQHE 상태가 예상치 못하게 분리되고, 이어서 분리된 가지가 교차하는 현상을 관찰했는데, 이를 통해 이들 양자계의 새로운 비평형 상태를 탐구하고 완전히 새로운 물질 상태를 밝혀낼 수 있었습니다. 이 연구는 스위스 연방 공과대학 취리히의 베르너 베그샤이더 교수와 크리스티안 라이흘 박사가 생산한 고품질 결정이 이 연구의 성공에 중요한 역할을 했다는 점을 강조합니다.

"분수 양자 홀 효과에 대한 전통적인 연구는 건물의 1층을 탐험하는 것과 같다고 생각하세요." 마니가 말했다. "저희 연구는 상부 층, 즉 흥미진진하고 탐험되지 않은 층을 찾고 발견하여 그 모습이 어떤지 알아내는 것입니다. 놀랍게도 간단한 기술로 이러한 상부 층에 접근하여 흥분 상태의 복잡한 특징을 발견할 수 있었습니다."

"결과는 흥미진진하며, 관찰 결과에 대한 타당한 설명을 하는 데 꽤 오랜 시간이 걸렸습니다." 이 연구는 기존 이론에 도전할 뿐만 아니라 관찰된 비평형 여기 상태 FQHE에 대한 하이브리드 기원을 제안합니다. 이 혁신적인 접근 방식과 예상치 못한 결과는 응집 물질 물리학 분야에서 새로운 발견의 잠재력을 강조하여 미래 연구와 기술 발전에 영감을 줍니다. 팀의 연구 결과가 의미하는 바는 실험실을 훨씬 넘어서 양자 컴퓨팅과 재료 과학에 대한 잠재적 통찰력을 암시합니다.

이러한 미지의 영역을 탐구함으로써 이 연구자들은 데이터 처리에서 에너지 효율성에 이르기까지 모든 것을 혁신할 수 있는 미래 기술을 위한 토대를 마련하고 새로운 세대의 학생들을 교육하고 있으며, 동시에 하이테크 경제에 동력을 공급하고 있습니다. 마니, 위제와르데나와 그들의 팀은 이제 훨씬 더 극한의 조건 으로 연구를 확장하여 어려운 평지 매개변수를 측정하는 새로운 방법을 탐구하고 있습니다. 그들이 앞으로 나아가면서, 그들은 이러한 양자 시스템에서 더 많은 뉘앙스를 발견하여 이 분야에 귀중한 통찰력을 제공할 것으로 기대합니다. 각 실험을 통해 팀은 작용하는 복잡한 행동을 이해하는 데 더 가까이 다가가며 그 과정에서 새로운 발견의 가능성에 열려 있습니다.

추가 정보: U. Kushan Wijewardena et al, 전류 바이어스 분광법을 통해 관찰된 비평형 여기 상태 분수 양자화 홀 효과, Communications Physics (2024). DOI: 10.1038/s42005-024-01759-7 저널 정보: Communications Physics 조지아 주립 대학 제공

https://phys.org/news/2024-08-physicists-uncover-phenomena-fractional-quantum.html