对磁力的古怪反应呈现出量子物理之谜——“一定有一些奇异的物理在发生!”

磁拓扑绝缘子原理图

mbi2te4表面的磁性和导电行为示意图。磁性均匀地向上指向,如红色箭头所示,表面电子,由沙漏结构表示,是导电的,因为顶部和底部在顶点接触,中间没有“空隙”(见正文)。这两种特性预计不会同时发生,说明需要进一步了解材料的基本特性。来源:布鲁克海文国家实验室

磁性拓扑绝缘体可能正适合制造量子位元,但这一种不遵守规则。

研究的目的是发现物质的新状态,以及可能的编码、操纵和传输信息的新方法。其中一个目标是利用材料的量子特性进行通信,超越传统电子学的可能。拓扑绝缘体——主要充当绝缘体的材料,但其表面却携带电流——提供了一些诱人的可能性。

“探索复杂的拓扑materials-along其他有趣的自然现象,如磁性和超导是最令人兴奋和具有挑战性的领域之一,材料科学社区关注的焦点,美国能源部布鲁克海文国家实验室的,”彼得。约翰逊说,一位物理学家在凝聚态物理和材料科学部门布鲁克海文。“我们试图理解这些拓扑绝缘体,因为它们有很多潜在的应用,特别是在量子信息科学领域,这是一个重要的新领域。”

“这里肯定有什么奇异的物理现象!””- - -布鲁克海文实验室的物理学家彼得·约翰逊

例如,具有这种分裂绝缘体/导体特性的材料,其表面电子具有相反的“自旋”,在能量特征上表现出分离。这种量子特性可能被利用在“自旋电子”设备中,用于编码和传输信息。更进一步,把这些电子和磁场结合起来可以产生新奇的、令人兴奋的现象。

Johnson的博士后研究员Dan Nevola说:“当你在表面附近有磁性时,你就可以得到这些由拓扑绝缘体与磁性耦合而产生的其他奇异状态。”“如果我们能找到具有自身固有磁性的拓扑绝缘体,我们就能有效地将自旋电子向特定方向传输。”

在一项新的研究中刚刚发布并突出显示编辑的建议物理评论快报,尼沃拉,约翰逊和他们的同轴构描述了一种这样的磁拓扑绝缘体的古怪行为。本文包括实验证据,即硝酸锰铋中的内在磁性(Mnbi)2Te4)也延伸到导电表面上的电子。以前的研究对于表面磁性是否存在一直没有定论。

丹Nevola

Dan Nevola是布鲁克海文国家实验室凝聚态物理与材料科学部的博士后研究员,他是一篇描述磁拓扑绝缘体古怪量子行为的新论文的第一作者。来源:布鲁克海文国家实验室

但是当物理学家测量表面电子对磁性的敏感性时,只有两种观察到的电子状态中的一种表现出预期的行为。另一个表面状态,它被认为有l喷雾器反应,就像磁场不存在一样。

“表面的磁力不同吗?”还是有什么我们不懂的异国情调?”Nevola说。

约翰逊倾斜向奇异的物理解释:“Dn这样做非常仔细的实验,这使他看表面的活动区域和识别两个不同的表面电子态,可能存在于任何金属表面和反映材料的拓扑属性,”他说。“前者对磁性很敏感,这证明磁性在表面确实存在。然而,另一个我们期望的更多的sensitive一点也不敏感。所以,一定有什么奇异的物理现象在发生!”

测量

科学家使用各种类型的光曝光光谱研究了这些材料,其中来自紫外线激光脉冲的光从材料表面敲出电子,并进入测量探测器。

Nevola解释说:“在我们的一个实验中,我们使用了一个额外的红外激光脉冲,在测量之前给样品一个小的冲击,移动一些电子。”“它需要一些电子,并把它们(在能量上)激发成导电电子。然后,在非常非常短的时间内——皮秒——你可以测量,看看电子状态是如何响应变化的。”

激发态电子的能级图显示出两个不同的表面带,每个带显示出独立的分支,每个分支中的电子具有相反的自旋。这两个带,每一个都代表两种电子状态中的一种,被认为会对磁性的存在作出反应。

为了测试这些表面电子是否真的对磁场敏感,科学家们将样本冷却到25开尔文,让其内在的磁性显现出来。然而,只有在非拓扑电子态中,他们才观察到在预期的光谱部分出现了“间隙”。

“在这样的间隙中,电子是不存在的,因此它们从这部分光谱中消失就是间隙的特征,”Nevola说。

在规则表面状态中出现缝隙的观察是磁灵敏度的决定性证据——也是这种特殊材料的大部分固有磁性延伸到其表面电子的证据。

然而,科学家们研究的“拓扑”电子状态却没有显示出对磁的敏感性——没有间隙。

“抛出一点问号,”约翰逊说。

Johnson继续说道:“这些特性是我们希望能够理解和设计的,就像我们为各种技术设计半导体特性一样。”

例如,在自旋电子学中,这个想法是用不同的自旋态来编码信息,就像目前半导体器件中正负电荷用来编码计算机代码的“位”- 1和0一样。但是自旋编码的量子比特,或称量子位元,有更多的可能状态——而不仅仅是两种。这将极大地扩展以新的和强大的方式编码信息的潜力。

“磁性拓扑绝缘体的一切看起来都适合这种技术的应用,但这种特殊的材料并不完全符合规则,”Johnson说。

所以现在,随着研究小组继续寻找物质的新状态并进一步洞察量子世界,解释这种特殊材料奇特的量子行为变得迫在眉睫。

参考:表面铁磁性和无间隙拓扑状态共存于Mnbi.2Te4作者:D. Nevola, H. X。李,J.-Q。燕,r G。摩尔,H.-N。Lee, H. Miao, P. D。2020年9月9日,约翰逊物理评论快报
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.117205

这项工作由DOE科学办公室资助。

8的评论在“对磁力的古怪反应呈现量子物理之谜”中,一定有一些奇异的物理现象在发生!”“

  1. 磁力不是一种基本的力,而是电力和运动的相对论性的结果。如果在磁力中存在某种奇怪的量子效应,那么在电力和/或相对论中也一定存在某种奇怪的效应。
    雅各布·梅特博士((电子邮件保护))

  2. 好奇的观察者|9月13日,2020年11:57 AM|回复

    不是一个训练有素的量子物理学家,但是…,测量的行为会瓦解波函数。这发生在表面状态,但不是在拓扑表面的测量?这是否表明,在尝试测量拓扑表面时,波函数没有崩溃,因为那里没有什么可测量的,或者更确切地说,在测量时,预期存在的东西没有崩溃?

    谢谢!

  3. 黛博拉马库斯|9月14日,2020年3:35 AM|回复

    我在严重烧伤处放了一块磁铁,疼痛就消失了。如果我取出磁铁,疼痛会再次出现,所以我让它开了一个小时左右,之后我没有水泡,也没有疼痛。第二天,它就变成了我皮肤上的一个粉红色的斑点,甚至再也没有结痂。那么奇怪。从那以后我就用这个来治疗烧伤。这就像魔术。

  4. 水的磁力转向能量在水分子中的电子。必须是自然流水处于恒定的引力运动的原因。

  5. 爱德华Leedskalnin。

  6. 它们有眼睛却看不见,有耳朵却听不见,它们是什么种类的有袋动物呢?我说的是,我是仆人;帝国会崩溃,但皇帝不需要!现在他哭了,他的帝国消失了!如果他听了仆人的话,帝国就会完好无损。让这对所有人都是个教训吧!没有人是不可缺少的!!的教训吗?你们当听,向仆人学习。有些人为地让仆人分心,以为这样可以使他偏离目标!你可以用好的食物喂所谓的“孩子”,而用假的食物喂仆人吗?仆人的工钱还没有全付,他还能分心吗? Can a ploy be feed on the servant? Lie!
    现在,有人失去了一个帝国,因为他是坚定的!他就像由仆人落在陷阱中的盲目小鼠一样。他看到它来了,仆人给了他一个灵丹妙药,一个答案,但他无法注意到。现在他沿着历史落下作为一只翅膀的鸟,另一只狗被仆人修剪。Now all who have hear! I can see many falling in the same snares, because you think the servant is weak. They constantly fall in the same snare, again and again. Take heed all of you. The servant shall not relent! He shall strike with the Sledge harmer until the mountains moves. Why should the servant relent? It is not over until the servant’s pay is fully payed to the penny. Just imagine,if the lockdown could be willed away! That is until the full wages are payed to the penny. What if the pestilence could be willed away! Until the servant’s wages are payed fuuly. Make sure you do not all in the same snare,,blow your ears listen good

  7. 他在建造太空部队而不是拯救仆人!现在这个仆人警告没有耳朵的皇帝,注意最高的仆人的探索,他既听不见也看不见!现在他希望自己能听到,哪怕只有一点点机会,哪怕只有一点点选票来拯救他的帝国!仆人说:游戏结束!不要再仁慈了,是太晚了你失去了机会!我仆人警告过他,瘟疫,封锁会让帝国崩溃!!我对着山顶大喊,就是为了让他知道即将发生的危险。他固执地认为我警告他的最高,是被仆人的否定经济公正所激怒,他认为这是正常的。当瘟疫降临到皇帝的宫廷并将他打倒时,皇帝被拒绝在高位上统治。这是一个无法回头的点,拒绝统治:现在许多人希望瘟疫消失!! Not until there is an abomination in the land! The pestilence the lockdown shall remain until there is justice for the servant. Until then the most high is dispilesed. The pestilence shall remain until the servant is happy. There is a convenant the servant made with the most high, yes the most just one you are sending me to the wilderness, will I survive that empty land? And the most high, responded, you are the apple of my eye! I will deliver you with my mighty hand! Now I can see the mighty hand and the deliverance at ✋. Please all you standing in the path of the servant, you are against the convenant.Do you want to flex with the mighty one? Unfortunately they do not know him. They will keep knocking against the wall like in darkness, with trouble and pestilence! They are blind, slow as constantly being smitten yet not knowing what is striking them. There is an abomination of injustice which the Haven’s cannot take! With all the blindness, more will continue, may be drown like the pharaoh persuing the Israelites across the mighty raging river. The servant’s victory is certain!!!! Do not hold against the servant, or you will go down as a rejected people people,a rejected nation bound for trepidation. Yet there is a very clean path, to take away the pestilence, the scourge,the lockdowns, The path is paying the servant to the last penny! Then will the pestilence go away then the lockdown cease.otherwise the stalemate will continue.

  8. 磁力是一种主要的力。任何被传送的人都能感受到周围的磁性能量。此外,据报道,ufo的周围和内部都有很强的辐射和磁性。因此,磁力是这些飞机使用的主要来源。我们已经接近使用磁能作为运输的主要元素。取代汽油。

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