Neutroneid kasutavat seadme konstruktsiooni pole kunagi varem edukalt tõestatud, hoolimata sellest, et fotonite ja elektronide orbiidi nurkimpulsi eksperimentaalse sünteesi ja uurimise tehnikaid on põhjalikult uuritud. Neutronitel on ainulaadsed omadused, seetõttu pidid teadlased looma uusi tööriistu ja töötama välja uusi lähenemisviise nendega töötamiseks.
Kvantarvutite instituudi (IQC) teadlased on välja töötanud seadme, mis toodab selgelt määratletud orbitaaliga keerdunud neutroneid nurgeline hoog esimest korda katseajaloos. See murranguline teadussaavutus, mida varem peeti võimatuks, pakub teadlastele täiesti uut viisi järgmise põlvkonna kvantmaterjalide kasvu uurimiseks, kasutades rakendusi alates kvantarvutus uudsete põhifüüsika probleemide avastamiseks ja lahendamiseks.
Dr Dusan Sarenac, IQC teadur ja Waterloo ülikooli transformatiivse kvanttehnoloogia tehniline juht, ütles: "Neutronid on võimas sond tekkivate kvantmaterjalide iseloomustamiseks, kuna neil on mitmeid unikaalseid omadusi. Neil on nanomeetri suurused lainepikkused, elektriline neutraalsus ja suhteliselt suur mass. Need omadused tähendavad, et neutronid võivad läbida materjale, mida röntgenikiirgus ja valgus ei suuda.
IQC ning füüsika ja astronoomia osakonna õppejõud dr Dmitri Pushin ja tema rühm ehitasid oma õpingute jaoks väikeseid silikoonvõrekonstruktsioone, mis meenutasid kahvleid. Need seadmed on nii väikesed, et enam kui kuus miljonit kahvli dislokatsioonifaasi võre on ainult 0.5 cm x 0.5 cm. Üksikud neutronid hakkavad korgitseride mustri järgi keerduma, kui üksikute neutronite voog läbib seda seadet. Spetsiaalne neutronkaamera salvestas neutronite pildid pärast 19 meetri pikkust läbimist. Rühm märkas, et iga neutron oli kasvanud 10 cm laiuseks sõõrikukujuliseks jäljeks.
Levinud neutronite sõõrikumuster näitab, et need on viidud spetsiaalsesse spiraalsesse olekusse ja et rühma võreseadmed on genereerinud kvantiseeritud orbiidi nurkimpulssiga neutronkiire, mis on esimene omataoline eksperimentaalne saavutus.
Dr Dmitry Pushin, IQC ning Waterloo füüsika ja astronoomia osakonna õppejõud, ütles, "Neutronid on olnud populaarsed fundamentaalfüüsika eksperimentaalsel kontrollimisel, kasutades kolme kergesti ligipääsetavat vabadusastet: spin, tee ja energia. Nendes katsetes on meie rühm võimaldanud kasutada neutronkiirtes orbitaalset nurkmomenti, pakkudes täiendavat kvantiseeritud vabadusastet. Seda tehes töötame välja tööriistakasti, et iseloomustada ja uurida keerulisi materjale, mida on vaja järgmise põlvkonna kvantseadmete jaoks, nagu kvantsimulaatorid ja kvantarvutid.
Ajakirja viide:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson jt. Neutronite spiraalsete lainete eksperimentaalne realiseerimine. Teadus ettemaksed. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
