Конструкція пристрою з використанням нейтронів ніколи раніше не була успішно доведена, незважаючи на те, що методи експериментального синтезу та дослідження орбітального кутового моменту фотонів і електронів широко досліджуються. Нейтрони мають унікальні властивості, тому дослідникам довелося створювати нові інструменти та розробляти нові підходи до роботи з ними.
Вчені з Інституту квантових обчислень (IQC) розробили пристрій, який виробляє закручені нейтрони з чітко визначеною орбіталью момент імпульсу вперше в історії експерименту. Це революційне наукове досягнення, яке раніше вважалося неможливим, пропонує вченим абсолютно новий спосіб досліджувати розвиток квантових матеріалів наступного покоління з різними застосуваннями: квантові обчислення до відкриття та вирішення нових проблем у фундаментальній фізиці.
Доктор Душан Саренак, науковий співробітник IQC і технічний керівник трансформаційних квантових технологій в Університеті Ватерлоо, сказав: "Нейтрони є потужним зондом для характеристики нових квантових матеріалів, оскільки вони мають кілька унікальних особливостей. Вони мають нанометрову довжину хвилі, електричну нейтральність і відносно велику масу. Ці особливості означають, що нейтрони можуть проходити крізь матеріали, які не можуть проходити рентгенівські промені та світло».
Член IQC і кафедри фізики та астрономії д-р Дмитро Пушин і його група побудували для своїх досліджень невеликі кремнієві гратчасті структури, що нагадують виделки. Ці пристрої настільки мізерні, що понад шість мільйонів вилочно-дислокаційних фазових решіток можна знайти лише в 0.5 см на 0.5 см. Окремі нейтрони починають закручуватися у вигляді штопора, коли потік окремих нейтронів проходить через цей пристрій. Спеціальна нейтронна камера зафіксувала зображення нейтронів після того, як вони пройшли 19 метрів. Група помітила, що кожен нейтрон перетворився на слід у формі бублика шириною 10 см.
Бубликова форма поширених нейтронів вказує на те, що вони були переведені в особливий спіральний стан і що гратчасті пристрої групи створили нейтронні пучки з квантованим орбітальним кутовим моментом, що є першим експериментальним досягненням такого роду.
Доктор Дмитро Пушин, IQC і член кафедри фізики та астрономії Ватерлоо, сказав, «Нейтрони були популярні в експериментальній перевірці фундаментальної фізики, використовуючи три легкодоступні ступені свободи: обертання, шлях і енергію. У цих експериментах наша група дозволила використовувати орбітальний кутовий момент у нейтронних пучках, забезпечуючи додатковий квантований ступінь свободи. Роблячи це, ми розробляємо інструментарій для характеристики та дослідження складних матеріалів, необхідних для наступного покоління квантових пристроїв, таких як квантові симулятори та квантові комп’ютери».
Довідка з журналу:
- Душан Саренак, Мелісса Хенерсон та ін. Експериментальна реалізація спіральних нейтронних хвиль. Наука розвивається. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
