""

澳门太阳城|网站注册

  • 澳门太阳城网站的研究检测在室温下金刚石样品(此处示出)内的单个量子振动。

    澳门太阳城网站的研究检测在室温下金刚石样品(此处示出)内的单个量子振动。

    图片:萨宾加朗

    全屏

科学家观察在普通条件下单量子振动

澳门太阳城网站的研究检测在室温下金刚石样品(此处示出)内的单个量子振动。

就读于室温下的常用材料,研究人员把量子行为“更贴近我们的日常生活。”


记者联系

艾比abaz要么ius
电子邮件: abbya@mit.edu
电话:617-253-2709
新闻办公室

媒体资源

1张图片下载

媒体访问

媒体只能从本网站的桌面版本下载。

当吉他弦是弹拨,它振动的振动任何对象将上升沿和下降沿像波浪一样,作为经典物理学定律预测。但根据量子力学的定律,它描述的物理工作在原子尺度的方式,振动的行为应该不仅是浪,也可作为颗粒。相同的吉他弦,当在量子水平上观察到,应该振动称为声子能量的作为单独的单元。

现在科学家在澳门太阳城网站和技术的瑞士联邦理工学院有第一次创建,并在室温下,在一个共同的材料中观察到单个声子。

到现在为止,单声子只被在超冷的温度和在该研究人员必须在真空探测精确设计的,微观材料所观察到。与此相反,该小组已创建并在一块金刚石在室温下坐在露天观察到单声子。结果,研究人员写在今天发表的一篇论文 物理评论x“把量子行为更贴近我们的日常生活。”

“还有我们日常的什么振动体验有着天壤之别 - 波 - 和什么量子力学告诉我们,那一定是 - 一个粒子,” vivishek的Sudhir,在澳门太阳城网站的天体物理和空间研究的中科院Kavli博士后说。 “我们的实验,因为它是在非常有形的条件下进行,打破了我们的日常经验之间的这种紧张,什么物理学告诉我们,一定是这样的。”

团队开发的技术,现在可以用于探测量子振动其他常见材料。这可以帮助研究人员表征原子过程在太阳能电池,以及确定为什么某些材料在高温下超导的。从工程的角度来看,该球队的技术可以被用于识别共同声子携带的材料,可能使理想的互连,或传输线,未来的量子计算机之间。

“我们的工作的意思是,我们现在有机会获得系统更广泛的调色板可供选择,”的Sudhir,该论文的主要作者之一说。

苏德赫的共同作者是技术的瑞士联邦理工学院的圣地亚哥塔拉戈贝莱斯,基利安赛博尔德,尼尔斯kipfer,米切尔·安德森,和Christophe加朗。

“民主化量子力学”

声子,通过量子力学中描述的振动的单个颗粒,也与热相关联。例如,当晶体,从互连的原子有序晶格制成,在一端加热,量子力学预测,热行进通过在声子,或分子之间的键的各个振动的形式的晶体。

单声子一直非常难以检测,主要是因为它们对热的敏感性。声子很容易受到任何的热能比自己更大。如果声子是在能源固有的低,然后暴露于较高的热能量有可能引发材料的声子激发集体,使得单光子针-IN-A-草垛努力的检测。

观察单个声子的第一次努力这样做与材料特殊设计怀有极少数的声子,在相对高的能量。这些研究人员则淹没在近乎绝对的零冰箱的Sudhir描述为“残忍,积极冷”的材料,以确保周围的热能比在材料的声子能量低。

“如果是这样的话,那么[声]振动不能从热环境借用能量激发一个以上的声子”的Sudhir解释。

研究人员再射光子(光的粒子)的一个脉冲到材料,希望一个光子将与单个声子相互作用。当这种情况发生时,光子,在被称为拉曼散射的方法,应反映背出在由声子的相互作用赋予它一个不同的能量。这样,研究人员就能够在超低温下检测单声子,不过,在精心设计的材料。

“我们所做的是要问的问题,你如何摆脱你解决这个对象创建了这个复杂的环境中,并把这种量子效应给我们的设置,看到它在更常见的材料,”说的Sudhir 。 “这就像在某种意义上民主化的量子力学。”

百万分之一

新研究中,研究小组观察到钻石作为测试对象。在金刚石,声子自然在高频率下操作,几十太赫兹的 - 如此之高,在室温下,一个单一的声子的能量比周围的热能高。

“当这个晶钻坐镇在室温下,声子运动根本不存在,因为没有能在室温下激发什么,”苏德赫说。

这种振动安静的声子的组合中,研究人员的目的是激发只是一个单一的声子。它们发送高频激光脉冲,由每亿个光子,到金刚石 - 由碳原子组成的晶体 - 上关的机会,它们中的一个会相互作用并反射离开一个声子。随后球队将测量参与碰撞的光子的频率降低 - 证实这确实在声子打,不过此操作将无法辨别一个或多个声子是否在这个过程中激发。

破译激发声子的数目,研究人员发送的第二激光脉冲到金刚石,作为声子的能量逐渐衰减。由第一脉冲激励声子的每个,该第二脉冲可以取消它激发,带走在一个新的,高能量光子的形式的能量。如果只有一个声子最初是兴奋,然后一个新的,更高频率的光子应创建。

证实这一点,研究人员将半透明玻璃,通过该这种新的,更高频率的光子将退出钻石,具有两个检测器沿在玻璃的任一侧。光子不裂,因此,如果多声子被激发然后去激励时,所得的光子应该穿过玻璃和随机散射到两个检测器。如果只是一个检测器“点击”,表明单个光子的检测,球队可以肯定的是光子相互作用与单个声子。

“这是一个聪明的把戏我们的打法,以确保我们正在观察只有一个声子”的Sudhir说。

光子与声子相互作用的概率大约是10十亿。在他们的实验中,研究人员用狠命每秒8000万个脉冲钻石 - 什么苏德赫描述为几个小时了“百万千亿光子列车”,以便检测大约100万光子声相互作用。最终,他们发现,有统计学意义,他们能够创建和检测振动的单量子。

“这是那种一个雄心勃勃的要求,而我们必须要小心科学的严格完成,没有空间合理怀疑”的Sudhir说。

在他们的第二个激光脉冲发送验证确系创建单个声子的时候,研究人员延迟这个脉冲,在发送到钻石的兴奋声已经开始在能源退潮。这样,他们能够收集到其中的声子本身腐朽的方式。

“所以,我们不仅能够探测单个声子的诞生,也是我们能够探讨其死亡”的Sudhir说。 “现在我们可以说,‘去使用这种技术来研究它需要单个声子在您所选择的材料死了多长时间。’这个数字是非常有用的。如果它需要死的时间是很长的,那么该材料可以支持相干声子。如果是这样的话,你可以做一些有趣的事情吧,就像量子计算机之间的太阳能电池热传输和互连“。


话题: 能源, 物理, 科维理, 机械工业, 材料科学与工程, 量子计算, 研究, 工程学院

回到顶部