Jie Ma, een professor van de Shanghai Jiao Tong University in China, gebruikt neutronen in de High Flux Isotope Reactor van Oak Ridge National Laboratory om een ​​driedimensionaal beeld te ontdekken van het magnetische rooster van een oxidemateriaal (Ba ₂ CoTeO ₆ ) met kwantumeigenschappen die nieuw inzicht kunnen bieden in hoe elektronen "spins" de gegevensverwerking en -opslag in computers kunnen verbeteren.

Voor zijn experiment Ma gebruikt HFIR's Four-Circle Diffractometer, bundellijn HB-3A. Hij hoopt kwantumspin beter te begrijpen, een unieke eigenschap die ervoor zorgt dat materialen magnetische eigenschappen nabootsen, zelfs als het deeltje geen lading draagt.

"Wetenschappers hebben gezocht naar kwantumspinvloeistoffen in laagdimensionale systemen, zoals het magnetische 2-D honingraatrooster rutheniumtrichloride dat onlangs is gerapporteerd door ORNL en ons werk aan een 2-D driehoekig rooster. Maar, niet veel van dergelijke systemen zijn idealiter 2D, zonder interacties tussen de 2D-lagen, " zei Ma. "We hopen dat het nieuwe beeld dat in dit experiment wordt onthuld ons een meer gedetailleerde verklaring zal geven waarom kwantumspins zich gedragen zoals ze doen."

Ma's onderzoek richt zich op de magnetische interacties tussen de lagen van het materiaal in plaats van de individuele interacties op elke laag, omdat ze vaak de kwantumspins in elke laag lijken te verstoren en essentieel zijn om te begrijpen hoe echte kwantumspinvloeistoffen kunnen worden gerealiseerd.

In een eerder experiment, Ma gebruikte poedermonsters om de structuur van het materiaal te karakteriseren. interessant, toen hij het materiaal bestudeerde in een eenkristalmonster bij HB-3A, het instrument onthulde een andere roosterstructuur, waardoor hij zich afvroeg of de nieuwe resultaten een verschil aangaven in de route naar kwantumspintoestanden.

"Het interessante is dat de roosterstructuur verschilt tussen de poeder- en monokristallijne monsters, " zei Ma. "We denken dat als het rooster hier een beetje anders is, dan kan de magnetische structuur voor het materiaal ook anders zijn.

"Omdat we geïnteresseerd zijn in de magnetische eigenschappen van een materiaal met kwantumspins, neutronen zijn de beste techniek om de magnetische structuur of de magnetische dynamiek van dit materiaal te bestuderen, "voegde hij eraan toe. "Bovendien, HFIR is de krachtigste onderzoeksreactor ter wereld, en de neutroneninstrumenten hier zijn echt perfect voor wat we willen doen."

uiteindelijk, een diepgaande analyse van kwantumspin is nodig als onderzoekers een nieuw begrip van dergelijke eigenschappen willen toepassen op vorderingen in kwantumcomputers, Ma legde het uit.

"Als we de magnetische eigenschappen begrijpen die op dit soort materialen worden uitgeoefend en hoe ze in die ruimte bewegen, dan kunnen we die eigenschappen vertalen naar alledaagse technologie."