In some materials, immutable topological states can be entangled with other manipulable quantum states

भौतिक विज्ञान सामान्य भौतिकी

भौतिक विज्ञान क्वांटम भौतिकी

जब D, F की ओर मुड़ता है, तो क्वांटम पदार्थ A-प्लस होता है

जाली ज्यामिति और गुणात्मक चरण आरेख। (ए) जाली ज्यामिति। ए, बी, सी, डी, और ई एक यूनिट सेल की पांच साइटों को चिह्नित करते हैं। (बी) हम वानियर ऑर्बिटल्स का निर्माण करते हैं, जो एक त्रिकोणीय जाली (नारंगी बिंदु) बनाते हैं। (सी) शून्य-तापमान चरण आरेख का चित्रण जो हम हबर्ड इंटरैक्शन (यू) के लिए निर्धारित करते हैं, जो फ्लैट बैंड (डी फ्लैट ) की चौड़ाई से बड़ा है और चौड़े बैंड (डी वाइड ) की चौड़ाई से छोटा है। ऑर्बिटल-चयनात्मक मॉट क्यूसीपी में इंटरेक्शन यू बढ़ने पर फर्मी सतह (एफएस) बड़े से छोटे में बदल जाती है। 

राइस यूनिवर्सिटी के भौतिकविदों ने दिखाया है कि अपरिवर्तनीय टोपोलॉजिकल राज्य, जो क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए अत्यधिक मांग में हैं, कुछ सामग्रियों में अन्य हेरफेर योग्य क्वांटम राज्यों के साथ उलझ सकते हैं।

"हमने पाया कि आश्चर्यजनक बात यह है कि एक विशेष प्रकार के क्रिस्टल जाली में, जहां इलेक्ट्रॉन फंस जाते हैं, डी परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों का दृढ़ता से युग्मित व्यवहार वास्तव में कुछ भारी फर्मियनों की एफ कक्षीय प्रणालियों की तरह कार्य करता है," सह-क्यूमियाओ सी ने कहा। साइंस एडवांसेज में शोध के बारे में एक अध्ययन के लेखक ।

अप्रत्याशित खोज संघनित पदार्थ भौतिकी के उपक्षेत्रों के बीच एक पुल प्रदान करती है जिसने क्वांटम सामग्रियों के असमान उभरते गुणों पर ध्यान केंद्रित किया है। उदाहरण के लिए, टोपोलॉजिकल सामग्रियों में, क्वांटम उलझाव के पैटर्न "संरक्षित" अपरिवर्तनीय स्थिति उत्पन्न करते हैं जिनका उपयोग क्वांटम कंप्यूटिंग और स्पिंट्रोनिक्स के लिए किया जा सकता है। दृढ़ता से सहसंबद्ध सामग्रियों में, अरबों इलेक्ट्रॉनों का उलझाव अपरंपरागत अतिचालकता और क्वांटम स्पिन तरल पदार्थों में निरंतर चुंबकीय उतार-चढ़ाव जैसे व्यवहार को जन्म देता है।

अध्ययन में, सी और सह-लेखक हाओयू हू, जो अपने शोध समूह में एक पूर्व स्नातक छात्र हैं, ने धातुओं और अर्धधातुओं में पाए जाने वाले "फ्लैट बैंड" जैसी "कुंठित" जाली व्यवस्था में इलेक्ट्रॉन युग्मन का पता लगाने के लिए एक क्वांटम मॉडल का निर्माण और परीक्षण किया। ," बताता है कि जहां इलेक्ट्रॉन फंस जाते हैं और दृढ़ता से सहसंबद्ध प्रभाव बढ़ जाते हैं।

यह शोध सी द्वारा चल रहे प्रयास का हिस्सा है, जो पदार्थ की टोपोलॉजिकल स्थितियों को नियंत्रित करने के लिए एक सैद्धांतिक ढांचे के सत्यापन को आगे बढ़ाने की योजना बना रहा है।

अध्ययन में, सी और हू ने दिखाया कि डी परमाणु कक्षाओं से इलेक्ट्रॉन बड़े आणविक कक्षाओं का हिस्सा बन सकते हैं जो जाली में कई परमाणुओं द्वारा साझा किए जाते हैं। शोध से यह भी पता चला कि आणविक कक्षाओं में इलेक्ट्रॉन अन्य कुंठित इलेक्ट्रॉनों से उलझ सकते हैं, जिससे दृढ़ता से सहसंबद्ध प्रभाव उत्पन्न हो सकते हैं जो सी से बहुत परिचित थे, जिन्होंने भारी फर्मियन सामग्रियों का अध्ययन करने में वर्षों बिताए हैं।

"ये पूरी तरह से डी-इलेक्ट्रॉन सिस्टम हैं," सी ने कहा। "डी-इलेक्ट्रॉन दुनिया में, यह ऐसा है जैसे आपके पास कई लेन वाला एक राजमार्ग है। एफ-इलेक्ट्रॉन दुनिया में, आप इलेक्ट्रॉनों को दो स्तरों में चलने के बारे में सोच सकते हैं। एक डी-इलेक्ट्रॉन राजमार्ग की तरह है, और दूसरा एक की तरह है गंदगी भरी सड़क, जहां आवाजाही बहुत धीमी है।"

जब D, F की ओर मुड़ता है, तो क्वांटम पदार्थ A-प्लस होता है

क्वांटम भौतिक विज्ञानी किमियाओ सी राइस विश्वविद्यालय के हैरी सी. और ओल्गा के. वीस भौतिकी और खगोल विज्ञान के प्रोफेसर और क्वांटम सामग्री के लिए राइस सेंटर के निदेशक हैं।

सी ने कहा कि एफ-इलेक्ट्रॉन सिस्टम दृढ़ता से सहसंबद्ध भौतिकी के बहुत साफ उदाहरण पेश करते हैं, लेकिन वे रोजमर्रा के उपयोग के लिए व्यावहारिक नहीं हैं।

उन्होंने कहा, "यह गंदगी वाली सड़क राजमार्ग से बहुत दूर है।" "राजमार्ग से प्रभाव बहुत छोटा है, जो एक मिनट के ऊर्जा पैमाने और बहुत कम तापमान वाले भौतिकी में तब्दील होता है। इसका मतलब है कि युग्मन के प्रभावों को देखने के लिए आपको 10 केल्विन या इसके आसपास के तापमान पर जाने की आवश्यकता है।

"डी-इलेक्ट्रॉन दुनिया में ऐसा नहीं है। वहां मल्टीलेन हाईवे पर चीजें काफी कुशलता से एक-दूसरे से जुड़ती हैं।"

और वह युग्मन दक्षता तब भी बनी रहती है, जब एक फ्लैट बैंड होता है। सी ने इसकी तुलना राजमार्ग की एक लेन से की जो एफ-इलेक्ट्रॉन गंदगी वाली सड़क की तरह अकुशल और धीमी हो गई है।

सी ने कहा, "यहां तक कि जब यह एक गंदगी वाली सड़क में तब्दील हो गई है, तब भी यह अन्य गलियों के साथ स्थिति साझा करती है, क्योंकि वे सभी डी ऑर्बिटल से आई हैं।" "यह प्रभावी रूप से एक गंदगी वाली सड़क है, लेकिन यह बहुत अधिक मजबूती से जुड़ी हुई है, और यह बहुत अधिक तापमान पर भौतिकी में अनुवाद करती है।

"इसका मतलब है कि मेरे पास सभी उत्कृष्ट, एफ-इलेक्ट्रॉन-आधारित भौतिकी हो सकती है, जिसके लिए मेरे पास वर्षों के अध्ययन से अच्छी तरह से परिभाषित मॉडल और बहुत सारे अंतर्ज्ञान हैं, लेकिन 10 केल्विन पर जाने के बजाय, मैं संभावित रूप से काम कर सकता हूं मान लीजिए, 200 केल्विन, या संभवतः 300 केल्विन, या कमरे के तापमान पर। इसलिए, कार्यक्षमता के दृष्टिकोण से, यह बेहद आशाजनक है।"

सी राइस में भौतिकी और खगोल विज्ञान के हैरी सी. और ओल्गा के. वीज़ प्रोफेसर हैं, राइस क्वांटम पहल के सदस्य और राइस सेंटर फॉर क्वांटम मैटेरियल्स (आरसीक्यूएम) के निदेशक हैं।