La conception d'un dispositif utilisant des neutrons n'a jamais été prouvée avec succès, malgré des recherches approfondies sur les techniques de synthèse expérimentale et d'étude du moment cinétique orbital des photons et des électrons. Les neutrons ont des propriétés uniques, c'est pourquoi les chercheurs ont dû créer de nouveaux outils et développer de nouvelles approches pour travailler avec eux.
Des scientifiques de l'Institut d'informatique quantique (IQC) ont développé un dispositif qui produit des neutrons torsadés avec une trajectoire orbitale clairement spécifiée. moment angulaire pour la première fois dans l'histoire expérimentale. Cette réalisation scientifique révolutionnaire, que l'on croyait auparavant impossible, offre aux scientifiques une toute nouvelle façon d'étudier la croissance des matériaux quantiques de nouvelle génération, avec des applications allant de l'informatique quantique à découvrir et à résoudre de nouveaux problèmes de physique fondamentale.
Le Dr Dusan Sarenac, associé de recherche à l'IQC et responsable technique des technologies quantiques transformatrices à l'Université de Waterloo, a déclaré : "Neutrons sont une sonde puissante pour la caractérisation des matériaux quantiques émergents car ils présentent plusieurs caractéristiques uniques. Ils ont des longueurs d’onde de l’ordre du nanomètre, une neutralité électrique et une masse relativement importante. Ces caractéristiques signifient que les neutrons peuvent traverser les matériaux, ce que les rayons X et la lumière ne peuvent pas traverser.
Pour leurs études, l'IQC et le professeur Dmitry Pushin, professeur au Département de physique et d'astronomie, et son groupe ont construit de petites structures de réseaux de silicium ressemblant à des fourchettes. Ces dispositifs sont si minuscules que plus de six millions de réseaux de phases de dislocation en fourche peuvent être trouvés dans seulement 0.5 cm sur 0.5 cm. Les neutrons individuels commencent à se tordre en forme de tire-bouchon lorsqu'un flux de neutrons uniques traverse ce dispositif. Une caméra à neutrons spécialisée a enregistré les images des neutrons après qu’ils aient parcouru 19 mètres. Le groupe a remarqué que chaque neutron s'était transformé en une trace en forme de beignet de 10 cm de large.
La forme en forme de beignet des neutrons propagés indique qu’ils ont été placés dans un état hélicoïdal spécial et que les dispositifs à réseau du groupe ont généré des faisceaux de neutrons avec un moment cinétique orbital quantifié, la première réalisation expérimentale de ce type.
Dmitry Pushin, professeur à l'IQC et professeur au Département de physique et d'astronomie de Waterloo, a affirmé Valérie Plante., « Les neutrons sont populaires dans la vérification expérimentale de la physique fondamentale, en utilisant les trois degrés de liberté facilement accessibles : spin, trajectoire et énergie. Dans ces expériences, notre groupe a permis d’utiliser le moment cinétique orbital dans des faisceaux de neutrons, offrant ainsi un degré de liberté quantifié supplémentaire. Ce faisant, nous développons une boîte à outils pour caractériser et examiner les matériaux complexes nécessaires à la prochaine génération de dispositifs quantiques tels que les simulateurs quantiques et les ordinateurs quantiques.
Journal de référence:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson et coll. Réalisation expérimentale d'ondes neutroniques hélicoïdales. Science Advances. EST CE QUE JE: 10.1126/sciadv.add2002
