Физики из Вюрцбургского университета имени Юлиуса Максимилиана (JMU) сделали открытие, которое может улучшить понимание роли квантовой запутанности в высокотемпературных купратных сверхпроводниках. Они обнаружили, что низкоэнергетические квазичастицы этих загадочных квантовых материалов, так называемые синглеты Чжан-Райса, удивительно устойчивы к экстремальному беспорядку.
Представьте себе пару, идущую рука об руку по оживленному рынку. Чтобы пройти с одной стороны на другую, толпе людей приходится расступаться, локально рассеивая окружающих и замедляя собственное движение пары. При взгляде сверху кажется, что пара и их расступающееся окружение движутся как единое целое. Это то, что физики называют квазичастицей - эффективной как бы частицей, определяющей спектр низкоэнергетических возбуждений в твердом теле.
В металле квазичастицы обычно состоят из электрона, окруженного поляризационным облаком других электронов, причем электрон и поляризационное облако движутся согласованно. В реальной системе эти квазичастицы рассеиваются на примесях и беспорядке, замедляя движение электронов и создавая электрическое сопротивление.
Однако в купратных материалах, известных своей рекордной высокотемпературной сверхпроводимостью, квазичастицы, похоже, не подчиняются этому правилу рассеяния. Эти квазичастицы, называемые синглетами Чжан-Райса (ZRS), представляют собой запутанные составные частицы, в которых дырка кислорода объединяется со спином вакансии меди, двигаясь через кристалл как танцующая пара.
Ученые из Вюрцбурга проверили эти квазичастицы в чрезвычайно неупорядоченной купратной среде, в которой до 40% атомов меди были заменены литием. Беспорядок настолько велик, что приводит обычные электроны к полной остановке. Однако очаровательный танец дырки и спина в квантовом союзе синглетов Чжан-Райса совершенно не подвержен влиянию примесей на их пути. Их квантовая запутанность предотвращает рассеяние, и они просто проходят через систему, как если бы "рынок" был бы без препятствий.
Это исследование выявило первое появление синглетов Чжан-Райса в купратном стекле и показало возникающую неуязвимость квазичастиц ZRS благодаря квантовой запутанности. Такие открытия могут иметь далеко идущие последствия не только для нашего понимания купратных сверхпроводников, но и для будущих технологий, основанных на квантовой когерентности. В частности, способность стабилизировать квантовые состояния по отношению к внешним возмущениям с помощью квантовой запутанности может сыграть ключевую роль в реализации квантовых вычислений.
Источник:
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.126502
-------------------------------------
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте лайк или напишите комментарий, а также подписывайтесь на наши страницы на других площадках, в том числе на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!