En enhetsdesign som bruker nøytroner har aldri tidligere blitt bevist med suksess, til tross for at teknikker for eksperimentell syntese og studier av banevinkelmomentum i fotoner og elektroner har blitt grundig forsket på. Nøytroner har unike egenskaper, derfor måtte forskerne bygge nye verktøy og utvikle nye tilnærminger til å jobbe med dem.
Forskere ved Institute for Quantum Computing (IQC) har utviklet en enhet som produserer vridde nøytroner med tydelig spesifisert orbital kantet fart for første gang i eksperimentell historie. Denne banebrytende vitenskapelige prestasjonen, som tidligere ble antatt umulig, tilbyr en helt ny måte for forskere å undersøke veksten av neste generasjons kvantematerialer, med bruksområder som spenner fra kvanteberegning å oppdage og løse nye problemer i grunnleggende fysikk.
Dr. Dusan Sarenac, en forskningsmedarbeider med IQC og teknisk leder av Transformative Quantum Technologies ved University of Waterloo, sa: "nøytroner er en kraftig sonde for karakterisering av nye kvantematerialer fordi de har flere unike egenskaper. De har nanometerstore bølgelengder, elektrisk nøytralitet og en relativt stor masse. Disse egenskapene betyr at nøytroner kan passere gjennom materialer som røntgenstråler og lys ikke kan."
IQC og Institutt for fysikk og astronomi, fakultetsmedlem Dr. Dmitry Pushin og hans gruppe bygde små silisiumgitterstrukturer som liknet gafler for studiene. Disse enhetene er så små at mer enn seks millioner gaffeldislokasjonsfaserister kan finnes på bare 0.5 cm x 0.5 cm. De individuelle nøytronene begynner å vri seg i et korketrekkermønster når en strøm av enkeltnøytroner passerer gjennom denne enheten. Et spesialisert nøytronkamera tok opp nøytronenes bilder etter at de reiste 19 meter. Gruppen la merke til at hvert nøytron hadde vokst til et 10 cm bredt smultringformet spor.
Smultringmønsteret til de forplantede nøytronene indikerer at de har blitt satt i en spesiell spiralformet tilstand og at gruppens gitteranordninger har generert nøytronstråler med kvantisert orbital vinkelmomentum, den første eksperimentelle prestasjonen av sitt slag.
Dr. Dmitry Pushin, IQC og fakultetsmedlem ved Institutt for fysikk og astronomi ved Waterloo, sa, "Nøytroner har vært populære i eksperimentell verifisering av grunnleggende fysikk, ved å bruke de tre lett tilgjengelige frihetsgradene: spinn, bane og energi. I disse eksperimentene har gruppen vår muliggjort bruk av orbital vinkelmomentum i nøytronstråler, noe som gir en ekstra kvantisert frihetsgrad. Ved å gjøre det utvikler vi en verktøykasse for å karakterisere og undersøke kompliserte materialer som trengs for neste generasjon kvanteenheter som kvantesimulatorer og kvantedatamaskiner."
Tidsreferanse:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson, et al. Eksperimentell realisering av spiralformede nøytronbølger. Vitenskap Fremskritt. GJØR JEG: 10.1126/sciadv.add2002
