광자와 전자의 궤도 각 운동량에 대한 실험적 합성 및 연구 기술이 광범위하게 연구되고 있음에도 불구하고 중성자를 사용하는 장치 설계는 이전에 성공적으로 입증된 적이 없습니다. 중성자는 고유한 특성을 가지고 있으므로 연구자들은 새로운 도구를 구축하고 이를 사용하는 새로운 접근 방식을 개발해야 했습니다.
IQC(Institute for Quantum Computing)의 과학자들은 명확하게 지정된 궤도를 가진 뒤틀린 중성자를 생성하는 장치를 개발했습니다. 각운동량 실험 역사상 처음이다. 이전에는 불가능하다고 여겨졌던 이 획기적인 과학적 성과는 과학자들이 다음과 같은 응용 분야를 통해 차세대 양자 물질의 성장을 조사할 수 있는 새로운 방법을 제공합니다. 양자 컴퓨팅 기초 물리학의 새로운 문제를 발견하고 해결합니다.
IQC 연구원이자 University of Waterloo의 Transformative Quantum Technologies 기술 책임자인 Dusan Sarenac 박사는 다음과 같이 말했습니다. "중성자 여러 가지 고유한 특징을 가지고 있기 때문에 새로운 양자 물질의 특성을 분석하기 위한 강력한 프로브입니다. 그들은 나노미터 크기의 파장, 전기적 중성 및 상대적으로 큰 질량을 가지고 있습니다. 이러한 특징은 중성자가 X선이나 빛이 통과할 수 없는 물질을 통과할 수 있음을 의미합니다."
IQC와 물리학 및 천문학부 교수인 Dr. Dmitry Pushin과 그의 그룹은 연구를 위해 포크와 유사한 작은 실리콘 격자 구조를 만들었습니다. 이 장치는 매우 작기 때문에 0.5만개 이상의 포크 전위 위상 격자를 0.5cm x 19cm 크기에서 찾을 수 있습니다. 단일 중성자의 흐름이 이 장치를 통과함에 따라 개별 중성자는 코르크 마개 모양으로 비틀기 시작합니다. 특수 중성자 카메라는 중성자가 10미터를 이동한 후의 사진을 기록했습니다. 연구팀은 모든 중성자가 XNUMXcm 너비의 도넛 모양 흔적으로 성장했다는 사실을 발견했습니다.
전파된 중성자의 도넛 패턴은 그들이 특별한 나선형 상태에 놓였으며 그룹의 격자 장치가 양자화된 궤도 각 운동량을 가진 중성자 빔을 생성했음을 나타냅니다. 이는 동종 최초의 실험 성과입니다.
Dmitry Pushin 박사, IQC 및 워털루 물리천문학부 교수, 말했다, “중성자는 스핀, 경로, 에너지라는 쉽게 접근할 수 있는 세 가지 자유도를 사용하여 기초 물리학의 실험적 검증에 널리 사용되었습니다. 이 실험에서 우리 그룹은 중성자 빔의 궤도 각운동량을 사용하여 추가적인 양자화 자유도를 제공했습니다. 이를 통해 양자 시뮬레이터, 양자 컴퓨터 등 차세대 양자소자에 필요한 복잡한 소재를 특성화하고 검사하기 위한 툴박스를 개발하고 있습니다.”
저널 참조 :
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson 등 중성자 나선파의 실험적 구현. 과학의 발전. DOI : 10.1126/sciadv.add2002
