Zum ersten Mal gesehen, wie sich Wellen der Verschränkung durch einen Quantenmagneten bewegen: ScienceAlert

Durch die Umwandlung organischer Moleküle in eine bizarre Art von Magneten haben Physiker der Aalto-Universität und der Universität Jyväskylä in Finnland den perfekten Raum geschaffen, um die schwer fassbare Aktivität eines elektronischen Zustands namens Triplon zu beobachten.

Während sich ein Gartenmagnet normalerweise am besten dadurch beschreiben lässt, dass er zwei Pole hat, die von einem Nest aus Feldlinien umgeben sind, entzieht sich das seltsame Konstrukt, das als Quantenmagnet bekannt ist, einer solch einfachen Beschreibung.

Wie immer, wenn das Wort „Quantum“ auftaucht, können Sie sich eine Landschaft vorstellen, in der nichts sicher ist. Wie sich drehende Rouletteräder in einem schwach beleuchteten Casino drehen, sind alle Zustände ein „Vielleicht“, bis der Croupier „keine Einsätze mehr“ sagt.

Noch merkwürdiger ist, dass Zahlen und Farben auf einem Rad auf nicht intuitive Weise mit denen auf anderen Rädern verknüpft sind, sodass das Ergebnis von Schwarz auf einem Rad bedeuten könnte, dass es auf einem anderen Rad auf Rot landet.

Da Norden und Süden auf einen Fluss von Wahrscheinlichkeiten reduziert sind, verfügen Quantenmagnete über Eigenschaften, die Ihrem Kühlschrankmagneten fehlen, was sie zu praktischen Objekten für die Erforschung von Phänomenen macht, die in den meisten anderen Umgebungen nicht leicht zu erkennen sind.

Ein solches Verhalten ist eine Welle von Quasiteilchen, die als Triplone bekannt sind.

Greifen Sie in einen Atombeutel und holen Sie ein Elektron heraus. Es besteht die gleiche Wahrscheinlichkeit, dass es einen von zwei Spins oder Drehimpulsvarianten hat. Finden Sie ein Elektron mit entgegengesetztem Spin und die beiden heben sich auf. Herzlichen Glückwunsch, Sie haben einen Singulett-Zustand von Elektronen!

Füge ein drittes Elektron hinzu und du fügst eine weitere kleine Drehung hinzu, wodurch ein Dublett entsteht.

Aber was ist, wenn die beiden in Ihrer ersten Paarung den gleichen Spin haben? Anstatt sich aufzuheben, bauen sie sich nun zu einem Triplett-Zustand auf.

Obwohl die beiden Elektronen in einem Triplett oft in ihren eigenen Atombahnen geparkt sind, können Physiker ihre Eigenschaften bequem zusammenfassen und sie als eine „Art Teilchen“ behandeln: ein Quasiteilchen.

In diesem speziellen Fall werden die Spins von Triplettzuständen als einzelne Teilchen, sogenannte Triplone, behandelt und weisen ganz eigene Verhaltensweisen auf. Wenn sie über ein Material miteinander verwickelt sind, können sie auf merkwürdige Weise anschwellen und sich bewegen.

Theoretisch ist das alles schön und gut, aber solche wellenförmigen Verhaltensweisen in freier Wildbahn zu beobachten, ist nicht immer einfach.

Durch den Bau von Quantenmagneten aus einer Mischung von Kobaltatomen und Phthalocyaninmolekülen schufen die Forscher die richtigen Bedingungen, um Elektronen zur Wechselwirkung als Triplon-Quasiteilchen zu zwingen und ihre Eigenschaften dann durch den Feststoff auszubreiten.

„Mithilfe sehr einfacher molekularer Bausteine ​​sind wir in der Lage, diesen komplexen Quantenmagneten auf eine noch nie dagewesene Weise zu konstruieren und zu untersuchen und Phänomene aufzudecken, die in seinen unabhängigen Teilen nicht zu finden sind“, sagt der Erstautor der Studie, Robert Drost, ein angewandter Physiker von der Aalto-Universität.

„Während magnetische Anregungen in isolierten Atomen seit langem mithilfe der Rastertunnelspektroskopie beobachtet werden, ist dies mit propagierenden Triplonen noch nie gelungen.“

Es ist nicht die Art von Entdeckung, die die Art und Weise, wie Sie die wertvollen Zeichnungen Ihres Kindes an die Kühlschranktür kleben, revolutionieren wird, aber die Quantenelektronik erweist sich bei der Datenverarbeitung und Verschlüsselung als nützlich.

Der Besitz einiger neuer Werkzeuge zur Manipulation von Quasiteilchen in einem Quantencasino kann niemals fehlschlagen.

„Diese Strategie zeigt, dass wir Materialplattformen rational entwerfen können, die neue Möglichkeiten in der Quantentechnologie eröffnen“, sagt Jose Lado, Leiter der Forschungsgruppe „Korrelierte Quantenmaterialien“ an der Aalto-Universität.

Diese Forschung wurde in Physical Review Letters veröffentlicht.