Un equipo conjunto de investigación de la Universidad de Hong Kong HKU, el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, el Laboratorio de Materiales del Lago Songshan, la Universidad de Beihang en Beijing y la Universidad de Fudan en Shanghai, ha proporcionado un ejemplo exitoso de material cuántico de la era moderna.Por medio de las simulaciones cuánticas de muchos cuerpos de última generación, realizadas en las supercomputadoras más rápidas del mundo prototipo Tianhe-I y Tianhe-III en el Centro Nacional de Supercomputadoras en Tianjin y Tianhe-II en el Centro Nacional de Supercomputadoras en Guangzhou,lograron cálculos precisos del modelo para un imán de tierras raras TmMgGaO4 TMGO. Encontraron que el material, bajo el régimen de temperatura correcto, podía realizar la tan buscada fase topológica bidimensional de Kosterlitz-Thouless KT, quecompletó la búsqueda de identificar la física KT en materiales magnéticos cuánticos durante medio siglo. El trabajo de investigación ha sido publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Los materiales cuánticos se están convirtiendo en la piedra angular de la prosperidad continua de la sociedad humana. De la próxima generación de chips informáticos de IA que van más allá de la ley de Moore la ley es la observación de que el número de transistores en un circuito integrado denso se duplica aproximadamente cada dos años, nuestras PC y teléfonos inteligentes se basan en el éxito de la misma. Sin embargo, a medida que el tamaño de los transistores se está reduciendo a la escala del nanómetro, el comportamiento de los electrones está sujeto a la mecánica cuántica, se espera que la ley de Moore se descomponga muy pronto, para el tren de alta velocidad Maglev y la unidad topológica para computadoras cuánticas, las investigaciones en estas direcciones pertenecen al campo de la investigación de materiales cuánticos.
Sin embargo, dicha investigación no es fácil. La dificultad radica en el hecho de que los científicos tienen que resolver los millones de miles de electrones en el material de una manera mecánica cuántica de ahí que los materiales cuánticos también se denominen sistemas cuánticos de muchos cuerpos., esto va mucho más allá del tiempo del papel y el lápiz, y requiere técnicas computacionales cuánticas modernas de muchos cuerpos y análisis avanzados. Gracias al rápido desarrollo de las plataformas de supercomputación en todo el mundo, los científicos e ingenieros ahora están haciendo un gran uso deestas instalaciones de computación y herramientas matemáticas avanzadas para descubrir mejores materiales para beneficiar a nuestra sociedad.
La investigación está inspirada en la teoría de la fase KT evitada por J Michael Kosterlitz, David J Thouless y F Duncan M Haldane, galardonados con el Premio Nobel en Phyiscs 2016. Fueron galardonados por sus descubrimientos teóricos de la fase topológica y las transiciones de fase de la materiaLa topología es una nueva forma de clasificar y predecir las propiedades de los materiales en la física de la materia condensada, y ahora se está convirtiendo en la corriente principal de la investigación y la industria de materiales cuánticos, con amplias aplicaciones potenciales en computación cuántica, transmisión sin pérdida de señales para tecnología de la información, etc.En la década de 1970, Kosterlitz y Thouless habían predicho la existencia de la fase topológica, por lo tanto nombrada como la fase KT, en materiales magnéticos cuánticos. Sin embargo, aunque tales fenómenos se han encontrado en superfluidos y superconductores, la fase KT aún se ha realizadoen material magnético a granel.
El equipo conjunto está dirigido por el Dr. Zi Yang Meng de HKU, el Dr. Wei Li de la Universidad de Beihang y el Profesor Yang Qi de la Universidad de Fudan. Su esfuerzo conjunto ha revelado las propiedades integrales del material TMGO. Por ejemplo, por un tensor autoajustableEn el cálculo de la red, calcularon las propiedades del sistema modelo a diferentes temperaturas, campos magnéticos y, comparando con los resultados experimentales correspondientes del material, identificaron los parámetros correctos del modelo microscópico.Simulación de Monte Carlo y obtuvo los espectros magnéticos de dispersión de neutrones a diferentes temperaturas la dispersión de neutrones es el método de detección establecido para la estructura del material y sus propiedades magnéticas, la instalación más cercana a Hong Kong es la fuente de neutrones de espalación de China en Dongguan, Guangdong.Los espectros con su firma única en el punto M son la huella digital dinámica de la topologíaFase KT que se propuso hace más de medio siglo.
"Este trabajo de investigación proporciona la pieza faltante de fenómenos KT topológicos en los materiales magnéticos a granel, y ha completado la búsqueda de medio siglo que finalmente conduce al Premio Nobel de Física de 2016. Dado que la fase topológica de la materia es la principalComo tema de investigación de materia condensada y material cuántico en la actualidad, se espera que este trabajo inspire muchas investigaciones teóricas y experimentales de seguimiento, y de hecho, se han obtenido resultados prometedores para una mayor identificación de las propiedades topológicas en el imán cuántico entre el equipo conjuntoy nuestros colaboradores ", dijo el Dr. Meng.
El Dr. Meng agregó: "La investigación conjunta del equipo en Hong Kong, Beijing y Shanghai también establece el protocolo de la investigación moderna de materiales cuánticos, dicho protocolo ciertamente conducirá a descubrimientos más profundos e impactantes en materiales cuánticos. El poder de cálculo de nuestro teléfono inteligentehoy en día es más poderoso que las supercomputadoras hace 20 años, se puede prever de manera optimista que con el material cuántico correcto como componente básico, los dispositivos personales en 20 años ciertamente pueden ser más potentes que las supercomputadoras más rápidas en este momento, con un costo energético mínimo debatería de todos los días "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La Universidad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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