Een nieuw artikel gepubliceerd in Nature Communications door een team van natuurkundigen aan de U of A de ontdekking van nieuwe kwantumfasen in laag-dimensionale systemen in kaart gebracht.

Het artikel, "Quantum criticality at cryogenic melting of polar bubble roosters", is geschreven door Wei Luo, een postdoctoraal onderzoeker; onderzoeksmedewerker Alireza Akbarzadeh; en onderzoeksassistent-professoren Yousra Nahas en Sergei Prokhorenko. Nahas en Prohorenko maken deel uit van de Computational Condensed Matter Physics-groep onder leiding van de vooraanstaande hoogleraar natuurkunde Laurent Bellaiche, die ook als bijdragende auteur heeft gediend.

Het is bekend dat kwantumfluctuaties, veroorzaakt door nulpuntsfonontrillingen, het optreden van polaire fasen in beginnende ferro-elektrische energieën tot nul graden Kelvin voorkomen. Maar er is weinig bekend over de effecten van kwantumfluctuaties op de recent ontdekte topologische patronen in ferro-elektrische nanostructuren. De onderzoekers onthulden hoe kwantumfluctuaties de topologie van verschillende dipolaire fasen in ultradunne ferro-elektrische oxidefilms beïnvloeden.

Het team ontdekte dat kwantumfluctuaties een kwantumkritisch punt veroorzaken, waarbij een hexagonaal bellenrooster wordt gescheiden van een vloeistofachtige toestand die wordt gekenmerkt door spontane beweging, creatie en vernietiging van polaire bellen bij zeer lage temperaturen. Bovendien kunnen kwantumfluctuaties nieuwe kwantumfasen veroorzaken, en deze fasen vertonen gebruikelijke eigenschappen, zoals negatieve piëzo-elektriciteit.

Luo legde uit dat deze bevindingen de ontwikkeling van neuromorfisch computergebruik zouden kunnen bevorderen.

"Neuromorphic computing modelleert de werking van de hersenen door middel van neurale netwerken," zei Luo. "Conventioneel computergebruik is daarentegen afhankelijk van transistors die binair zijn en 'aan' of 'uit' en 'één' of 'nul' vertegenwoordigen. Spiking neurale netwerken emuleren het vermogen van de hersenen om informatie over te brengen in zowel temporele als ruimtelijke dimensies, waardoor ze meer kunnen produceren dan de twee binaire outputs die kenmerkend zijn voor conventioneel computergebruik. Neuromorfisch computergebruik heeft een aantal voordelen vergeleken met conventioneel computergebruik, zoals energie-efficiëntie en parallelle verwerking. aanpassingsvermogen en fouttolerantie."

Meer informatie: Wei Luo et al, Kwantumkriticiteit bij het cryogeen smelten van polaire bellenroosters, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43598-0

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Universiteit van Arkansas