.Physicists Discover a Magnetic Breakthrough That Could Supercharge Quantum Tech
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물리학자들이 양자 기술을 엄청나게 강화할 수 있는 자기적 혁신을 발견하다
미시간 대학교 에서 제공2025년 2월 23일, 자기 스위치는 1차원에서 양자 정보 캐리어를 가두어 둡니다. 그림은 반도체 결정의 층이 함께 쌓여 있는 것을 보여줍니다. 층 내의 전자 오비탈은 층 위에 놓여 있는 것으로 표현됩니다. 이중 엽 오비탈은 여기된 전자의 위치를 나타내는 반면, 단일 타원체는 기저 상태를 나타내며, 여기에는 구멍이라고 하는 빈 공간이 남습니다. 유사한 오비탈이 앞뒤로 또는 층 안팎으로 흐를 것으로 예상할 수 있지만, 레겐스부르크 대학교와 미시간 대학교가 공동으로 이끄는 연구팀은 여기된 전자가 주로 이 오비탈의 한 방향으로 몰려드는 이유를 보여주었습니다. 출처: Brad Baxley, Part to Whole, 편집; 저작권: DOI: 10.1038/s41563-025-02120-1
과학자들은 크롬 황화물 브롬화물이라는 특수 물질을 사용하여 양자 정보를 제어하는 새로운 방법을 발견했습니다. 여러 형태로 데이터를 저장하고 처리할 수 있지만, 자기적 특성이 진짜 게임 체인저입니다. 연구자들은 자기화를 조정하여 정보를 전달하는 양자 입자인 엑시톤을 가두어 더 오래 지속되는 양자 상태와 데이터를 처리하는 새로운 방법을 허용할 수 있습니다. 양자 "기적의 물질"이 자기 스위칭을 가능하게 합니다 레겐스부르크 대학과 미시간 대학의 연구원들에 따르면, 새롭게 발견된 양자 "기적의 물질"이 자기적 스위칭을 가능하게 할 수 있다고 합니다.
이 발견은 양자 컴퓨팅 , 감지 및 기타 기술 의 발전으로 이어질 수 있습니다 . 이전 연구에서는 엑시톤이라고 하는 양자 입자가 때때로 재료 내의 단일 선인 크롬 황화물 브롬화물로 제한될 수 있다는 것을 발견했습니다. 새로운 연구는 이러한 제한을 재료의 자기적 특성과 연결하는 이론적 및 실험적 증거를 모두 제공합니다. 황화크롬 브롬화물은 전하, 빛(광자), 자기성(전자 스핀), 진동(포논)을 통해 정보를 여러 가지 방법으로 인코딩할 수 있기 때문에 양자 연구에 특히 흥미로운 물질입니다. "장기적인 비전은 이 세 가지 또는 네 가지 속성 모두를 사용하는 양자 기계 또는 장치를 잠재적으로 구축할 수 있다는 것입니다.
즉, 정보를 전달하는 광자, 상호 작용을 통해 정보를 처리하는 전자, 정보를 저장하는 자기, 정보를 새로운 주파수로 변조하고 변환하는 포논입니다." UM 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 Mackillo Kira의 말입니다. 양자 인코딩을 위한 엑시톤 활용 크롬 설파이드 브롬화물이 양자 정보를 인코딩할 수 있는 방법 중 하나는 엑시톤에 있습니다. 엑시톤은 전자가 반도체의 "기저" 에너지 상태에서 더 높은 에너지 상태로 이동하여 "홀"을 남길 때 형성됩니다. 전자와 홀은 함께 쌍을 이루고 그 집합적 상태가 엑시톤입니다. 엑시톤은 황화크롬 브롬화물의 특이한 자기적 특성에 의해 단일 층으로 갇힙니다.
이 물질은 분자 필로 반죽처럼 몇 개의 원자 두께에 불과한 층으로 구성되어 있습니다. 132 켈빈(-222 화씨 ) 이하의 저온에서 층은 자화됩니다. 즉, 전자의 스핀이 서로 정렬됩니다. 자기장의 방향은 한 층에서 다음 층으로 이동할 때 반대 방향으로 바뀝니다. 이것은 반강자성 구조입니다. 132 켈빈 이상에서는 물질이 자화되지 않습니다. 열이 전자 스핀이 정렬되지 않도록 하여 무작위 방향을 가리킵니다. 자화되지 않은 상태에서는 엑시톤이 갇히지 않고 여러 원자 층으로 확장되어 3차원이 됩니다. 또한 어떤 방향으로든 움직일 수 있습니다. 양자 구속과 정보의 장수 반강자성 구조가 엑시톤을 단일 원자 층으로 제한할 때, 엑시톤은 평면의 두 축 중 하나만을 따라 쉽게 움직일 수 있기 때문에 단일 선(단일 차원)으로 더욱 제한됩니다. 양자 장치에서 이러한 제한은 엑시톤이 서로 충돌하여 운반하는 정보를 잃을 가능성이 적기 때문에 양자 정보가 더 오래 지속되는 데 도움이 됩니다.
"자기적 질서는 엑시톤과 그 상호작용을 형성하기 위한 새로운 튜닝 노브입니다. 이것은 미래 전자 및 정보 기술의 게임 체인저가 될 수 있습니다." 독일 레겐스부르크 대학의 물리학 교수인 루퍼트 후버가 말했습니다. 엑시톤의 미세 구조: 놀라운 발견 Huber가 이끄는 실험팀은 20조분의 1초 길이의 적외선 펄스를 크롬 황화물 브롬화물 샘플에 인가하여 엑시톤을 생성했습니다. 그런 다음, 덜 강력한 펄스를 가진 또 다른 적외선 레이저를 사용하여 엑시톤을 약간 더 높은 에너지 상태로 밀어 넣었습니다. 이런 식으로, 그들은 놀랍게도 에너지가 다른 두 가지 엑시톤 변형이 있다는 것을 발견했습니다. 일반적으로는 동일한 에너지를 가졌을 것입니다.
에너지 상태가 이렇게 분리되는 것을 미세 구조라고 합니다. 또한 연구팀은 물질 내부의 두 개의 다른 축을 따라 덜 에너지적인 펄스를 쏘아 엑시톤의 내부 구조를 조사함으로써 물질이 공간에서 어떻게 변하는지 탐구했습니다. 이 접근 방식은 방향에 매우 의존적인 엑시톤을 밝혀냈으며, 이는 선으로 제한되거나 3차원으로 확장될 수 있습니다. 이러한 구성은 외부 자기장이나 온도 변화를 통해 전환할 수 있는 자기 상태에 따라 조정할 수 있습니다. 양자 정보 처리를 위한 새로운 경로 "전자, 광자 및 스핀 자유도는 강력하게 얽혀 있기 때문에 자화된 상태와 비자화된 상태 사이를 전환하는 것은 광자 와 스핀 기반 양자 정보를 변환하는 매우 빠른 방법으로 사용될 수 있습니다."라고 레겐스부르크 대학교 물리학 박사 후보생인 Marlene Liebich와 공동 1저자이자 UM 전기 및 컴퓨터 공학 연구원인 Matthias Florian이 말했습니다.
Kira가 이끄는 이론 팀은 양자 다체 계산으로 이러한 결과를 설명했습니다. 계산은 재료의 구조를 사용하여 자기적으로 정렬된 재료에서 매우 큰 미세 구조 분리와 재료가 자기적 순서로 전이하거나 자기적 순서에서 벗어날 때 두 엑시톤 상태 간의 전이를 체계적으로 예측했습니다. 또한 1차원에서 3차원 엑시톤으로의 전이가 엑시톤이 충돌하지 않고 얼마나 오래 지속될 수 있는지에서 관찰된 상당한 변화를 설명한다는 것을 확인했습니다. 더 크고 이동성이 더 높은 엑시톤은 충돌할 기회가 더 많기 때문입니다. 미래 연구: 전하를 스핀으로 변환 팀이 탐구할 큰 질문 중 하나는 전하 분리에 구현된 이러한 엑시톤이 전자 스핀에 구현된 자기 여기로 변환될 수 있는지 여부입니다. 가능하다면 광자, 엑시톤, 스핀의 매우 다른 세계 사이에서 양자 정보를 변환하는 데 유용한 경로를 제공할 것입니다.
참고문헌: M. Liebich, M. Florian, N. Nilforoushan, F. Mooshammer, AD Koulouklidis, L. Wittmann, K. Mosina, Z. Sofer, F. Dirnberger, M. Kira, R. Huber의 "Controlling Coulomb correlations and fine structure of quasi-one-dimensional excitons by magnetic order", 2025년 2월 19일, Nature Materials . DOI: 10.1038/s41563-025-02120-1 이 연구는 독일 연구 재단, 국가 과학 재단, 공군 과학 연구 사무국 및 미시간 대학교 고급 연구 컴퓨팅 리소스의 지원을 받았습니다. 체코 의 프라하 화학기술대학 과 독일의 드레스덴 공과대학의 연구자들도 이 연구에 기여했습니다.
B메모 2502241611 소스1. 분석중_【】
_[3】2x2.oser.(oss.zerosum)의 기본구조는 방향성 xyz,전하 -+, 스핀 abs.012 기본요소가 있다. 이들이 abcdef 대표 좌표값을 가진다. 여기서 oss.0.bady.p을 기준으로 좌표축 스핀 xyz을 가지게 한다면 msbase.msoss는 전하의 음양 2d영역(++,+-,-+,--)을 가지게 된다. 스핀이 전하로, 전하영역이 스핀좌표축으로 '변환가능하다'는 뜻이다. 이런 특성을 실현하는 물질이 발견된 것이다. 어허.
2.)황화크롬 브롬화물은 전하, 빛(광자), 자기성(전자 스핀), 진동(포논)을 통해 정보를 여러 가지 방법으로 인코딩할 수 있기 때문에 양자 연구에 특히 흥미로운 물질이다.
장기적인 비전은 이 세 가지 또는 네 가지 속성 모두를 사용하는 양자 기계 또는 장치를 잠재적으로 구축할 수 있다는 것이다. 즉, 정보를 전달하는 광자, 상호 작용을 통해 정보를 처리하는 전자, 정보를 저장하는 자기, 정보를 새로운 주파수로 변조하고 변환하는 포논이다.
_[2-1】전자들이 홀을 비운 상태가 보기1.에서 0000으로 나타낸 집합상태가 ems.exiton(*)이다. 허허. 여기서 엑시톤의 단일층 2d로 갇힌다. 자기장의 방향은 한 층에서 다음 층으로 이동할 때 반대 방향으로 바뀐다. 이것은 반강자성 구조이다. msbase.spin들이 반강자성체로 전체적인 magicsum 상태인 것은 엑시톤이 큰 스케일에서 층간 자기상태를 스핀장에서 전하축으로 변환되는 미세 다층구조의 직립 특성을 가졌음을 2-4.)에서 나타낸다. 으음. 물론 nk2를 qpeoms 다층 미세구조로 분해하면 그 층간 얽힘의 엑시톤 물질이 우주의 보이드를 매개로 필라멘트 엑시톤 상태를 조성한 것을 이해할거여. 이런 추리력을 ai들이 해낼 수 있다는건 완전히 뻥치는거여. 허허.
보기1.
sample 1.vix.a'6//vixx.a(b1,g3,k3,o5,n6)
b0acfd|0000e0
000ac0|f00bde
0c0fab|000e0d
e00d0c|0b0fa0
f000e0|b0dac0
d0f000|cae0b0
0b000f|0ead0c
0deb00|ac000f
ced0ba|00f000
a0b00e|0dc0f0
0ace00|df000b
0f00d0|e0bc0a
2-4.)엑시톤의 미세 구조: 놀라운 발견
Huber가 이끄는 실험팀은 20조분의 1초 길이의 적외선 펄스를 크롬 황화물 브롬화물 샘플에 인가하여 엑시톤을 생성했습니다. 그런 다음, 덜 강력한 펄스를 가진 또 다른 적외선 레이저를 사용하여 엑시톤을 약간 더 높은 에너지 상태로 밀어 넣었습니다. 이런 식으로, 그들은 놀랍게도 에너지가 다른 두 가지 엑시톤 변형이 있다는 것을 발견했습니다. 일반적으로는 동일한 에너지를 가졌을 것입니다. 에너지 상태가 이렇게 분리되는 것을 미세 구조라고 합니다.
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물리학자들이 양자 기술을 엄청나게 강화할 수 있는 자기적 혁신을 발견하다
그림은 반도체 결정의 층이 함께 쌓여 있는 것을 보여줍니다. 층 내의 전자 오비탈은 층 위에 놓여 있는 것으로 표현됩니다. 이중 엽 오비탈은 여기된 전자의 위치를 나타내는 반면, 단일 타원체는 기저 상태를 나타내며, 여기에는 구멍이라고 하는 빈 공간이 남습니다. 유사한 오비탈이 앞뒤로 또는 층 안팎으로 흐를 것으로 예상할 수 있지만, 레겐스부르크 대학교와 미시간 대학교가 공동으로 이끄는 연구팀은 여기된 전자가 주로 이 오비탈의 한 방향으로 몰려드는 이유를 보여주었습니다. 출처: Brad Baxley, Part to Whole, 편집; 저작권: DOI: 10.1038/s41563-025-02120-1
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과학자들은 크롬 황화물 브롬화물이라는 특수 물질을 사용하여 양자 정보를 제어하는 새로운 방법을 발견했습니다.
여러 형태로 데이터를 저장하고 처리할 수 있지만, 자기적 특성이 진짜 게임 체인저입니다. 연구자들은 자기화를 조정하여 정보를 전달하는 양자 입자인 엑시톤을 가두어 더 오래 지속되는 양자 상태와 데이터를 처리하는 새로운 방법을 허용할 수 있습니다.
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