Nunca antes se ha probado con éxito un diseño de dispositivo que utilice neutrones, a pesar de que se están investigando exhaustivamente las técnicas para la síntesis experimental y el estudio del momento angular orbital en fotones y electrones. Los neutrones tienen propiedades únicas, por lo que los investigadores tuvieron que construir nuevas herramientas y desarrollar nuevos enfoques para trabajar con ellos.
Científicos del Instituto de Computación Cuántica (IQC) han desarrollado un dispositivo que produce neutrones retorcidos con orbitales claramente especificados. momento angular por primera vez en la historia experimental. Este innovador logro científico, que antes se creía imposible, ofrece una nueva forma para que los científicos investiguen el crecimiento de los materiales cuánticos de próxima generación, con aplicaciones que van desde computación cuántica para descubrir y resolver nuevos problemas en la física fundamental.
El Dr. Dusan Sarenac, investigador asociado de IQC y líder técnico de Transformative Quantum Technologies en la Universidad de Waterloo, dijo: "Neutrones son una sonda poderosa para la caracterización de materiales cuánticos emergentes porque tienen varias características únicas. Tienen longitudes de onda del tamaño de un nanómetro, neutralidad eléctrica y una masa relativamente grande. Estas características significan que los neutrones pueden atravesar materiales que los rayos X y la luz no pueden”.
IQC y el miembro de la facultad del Departamento de Física y Astronomía, el Dr. Dmitry Pushin y su grupo construyeron pequeñas estructuras de rejilla de silicio que se asemejan a tenedores para sus estudios. Estos dispositivos son tan minúsculos que se pueden encontrar más de seis millones de rejillas de fase de dislocación de horquilla en solo 0.5 cm por 0.5 cm. Los neutrones individuales comienzan a retorcerse en un patrón de sacacorchos a medida que una corriente de neutrones individuales pasa a través de este dispositivo. Una cámara de neutrones especializada registró las imágenes de los neutrones después de que viajaron 19 metros. El grupo notó que cada neutrón se había convertido en un rastro en forma de rosquilla de 10 cm de ancho.
El patrón de rosquilla de los neutrones propagados indica que se han puesto en un estado helicoidal especial y que los dispositivos de red del grupo han generado haces de neutrones con momento angular orbital cuantificado, el primer logro experimental de este tipo.
Dr. Dmitry Pushin, IQC y miembro de la facultad del Departamento de Física y Astronomía en Waterloo, dijo, “Los neutrones han sido populares en la verificación experimental de la física fundamental, utilizando los tres grados de libertad fácilmente accesibles: espín, trayectoria y energía. En estos experimentos, nuestro grupo ha permitido el uso del momento angular orbital en haces de neutrones, proporcionando un grado de libertad cuantificado adicional. Al hacerlo, estamos desarrollando una caja de herramientas para caracterizar y examinar materiales complicados necesarios para la próxima generación de dispositivos cuánticos, como simuladores cuánticos y computadoras cuánticas”.
Referencia de la revista:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson, et al. Realización experimental de ondas helicoidales de neutrones. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
