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Jul 04, 2023

量子もつれ波を初めて測定

ホセ・ラド/アアルト大学 購読すると、当社の利用規約とポリシーに同意したことになります。いつでも購読を解除できます。 アアルト大学の研究者と

ホセ・ラド/アールト大学

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アアルト大学とフィンランドのユヴァス​​キュラ大学の研究者らの共同研究により、異常な磁気特性を持つ人工量子材料が作成されました。 コバルトフタロシアニン分子を使用して作られたこの材料は、初めて実空間測定を使用して量子もつれ波を測定するために使用されたと組織のプレスリリースは述べています。

顕微鏡レベルでは、量子材料では多くの電子相互作用が見られ、高温超伝導や複雑な磁性状態などの性質も決まります。 量子相互作用も新しい電子状態を引き起こします。

2 つの電子の場合、一重項状態と三重項状態として知られる 2 つのもつれ状態が存在します。 一重項状態の電子にエネルギーが供給されると、電子は三重項状態に変わります。 ただし、場合によっては、興奮がトリプロンとしても知られる絡み合いの波の形で素材中を移動します。

トリプロンは、従来知られている磁性材料では発生しません。 さらに、物理学者は巨視的な材料に対して実験を実行し、測定値はサンプル全体の平均として表されます。 このため、トリプロンの検出は困難になります。

「これらの材料は非常に複雑です。それらは非常に刺激的な物理学を与えてくれますが、最も珍しいものは見つけて研究するのが難しいものでもあります」とアールト大学の物理学教授ピーター・リルジェロートは述べた。 「そこで、私たちはここで、個々のコンポーネントを使用して人工材料を構築するという別のアプローチを試みています。」

この問題を克服するために、フィンランドの組織間で共同研究が行われ、デザイナー量子材料の開発に取り組みました。 これにより、研究者は、天然素材では見られない特性や特徴を素材に導入することができます。

この共同研究は、コバルトフタロシアニン分子を使用した人工量子材料の開発につながりました。 これらの分子には 2 つのフロンティア電子が含まれています。 研究者らはこれらの分子を束ねて狭い空間に詰め込み、強制的に相互作用させた。 研究者らは、両方の電子の結合物理を観察することができました。

研究者らは、人工材料の構成要素を通過する一重項-三重項励起の測定に成功した。 これは最初に人工材料の分子で観察され、次に分子鎖や島などのより大きな構造でも観察されました。

「非常に単純な分子構成要素を使用することで、これまでになかった方法でこの複雑な量子磁石を設計および調査することができ、独立した部分では見られない現象を明らかにすることができます」とアールト大学の研究員ロバート・ドロスト氏は述べた。 。 「孤立した原子の磁気励起は走査トンネル分光法を使用して長い間観察されてきましたが、伝播するトリプロンによってそれが達成されたことはありません。」

プレスリリースによると、研究者らは、より単純な構成要素を使用し、より複雑なシステムに移行することで、量子材料における創発的な挙動を理解できると期待しているという。

この成功に勇気づけられたチームは現在、このアプローチを使用して、より複雑な構成要素を持つ新しい材料を作成することを計画しています。 これは、量子材料におけるよりエキゾチックな磁気励起を研究するのに役立ちます。 このアプローチは、複雑な物理学の理解を助けるだけでなく、新しい量子材料を設計するためのプラットフォームとしても機能すると期待されています。

研究結果はジャーナル「Physical Review Letters」に掲載された。

抽象的な：

量子磁石は、複雑な量子多体現象を探索するための強力なプラットフォームを提供します。 一例は、伝播する一重項-三重項遷移から現れるエキゾチックな多体モードであるトリプロン励起です。 私たちは有機分子から最小の量子磁石を設計し、走査型トンネル顕微鏡と分光法で調べた一次元および二次元集合体における分散トリプロンモードの出現を実証します。 私たちの結果は、実空間測定による分散トリプロン励起の最初の実証を提供します。