อิเล็กตรอนในวัสดุ bilayer แม่เหล็กบางชนิดมีพฤติกรรมแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับว่าทั้งสองชั้นบิดไปทางซ้ายหรือขวาด้วยความเคารพซึ่งกันและกัน การค้นพบนี้จากนักวิจัยที่ East China Normal University ในเซี่ยงไฮ้สามารถทำให้เกิดแสงสว่างใหม่ในระบบที่เรียกว่า moiré และช่วยในการพัฒนาวัสดุสองมิติใหม่สำหรับออปโตอิเล็กทรอนิกส์และบางทีแม้กระทั่งอุปกรณ์เก็บพลังงาน
ในปีพ.ศ. 2561 นักวิทยาศาสตร์จากแมสซาชูเซตส์
แห่งเทคโนโลยี (MIT) แสดงให้เห็นว่า กราฟีน bilayer แบบบิดเบี้ยว ซึ่งทำขึ้นโดยการซ้อนกราฟีนสองแผ่นทับกัน แล้วหมุนแผ่นหนึ่งเพื่อให้แผ่นไม่อยู่ในแนวเดียวกัน สามารถรองรับ สถานะฉนวนและตัวนำยิ่งยวดที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับความแรงของสนามไฟฟ้าที่ใช้ เมื่อวางทับกันในลักษณะนี้ แผ่นกราฟีนจะสร้างลวดลายมัวเรหรือซุปเปอร์แลตทิซ ซึ่งหน่วยเซลล์ของวัสดุสองมิติจะขยายตัวราวกับว่ามันถูกยืดออกไปโดยไม่ได้ตั้งใจในสองทิศทางในระนาบ การขยายตัวนี้เปลี่ยนแปลงการโต้ตอบทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุอย่างมาก
มุมบิดในกราฟีน bilayer bilayer ที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น การศึกษาของ MITแสดงให้เห็นว่าที่มุม 1.1° วัสดุจะเปลี่ยนจากฉนวนเป็นตัวนำยิ่งยวด ซึ่งสามารถบรรทุกกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1.7 K
ในงานชิ้นใหม่นี้ นักวิจัยที่นำโดยChun-Gang Duanได้ศึกษาเฟสผลึกของวาเนเดียม diselenide, 2H-VSe2 โดยเฉพาะ วัสดุนี้เป็นของตระกูลไดคัลโคเจไนด์โลหะทรานซิชันแบบไบเลเยอร์ (TMD) ที่กำหนดเป็น 2H-MX2 โดยที่ M เป็นโลหะทรานซิชันและ X คือชาลโคเจไนด์ เช่น กำมะถันหรือซีลีเนียม ทีมงานเซี่ยงไฮ้ใช้การคำนวณหลักการแรกบน supercell แบบบิดเกลียวของวัสดุนี้ พบว่าวัสดุมีการตอบสนองที่แตกต่างกันอย่างมากกับสนามไฟฟ้าภายนอกที่ใช้ โดยขึ้นอยู่กับว่าแผ่นกระดาษบิดไปทางขวาหรือซ้ายโดยสัมพันธ์กันในมุมใกล้ 30°.
เอฟเฟกต์หายาก นักวิจัยอธิบายว่า
คุณสมบัติที่แปลกใหม่นี้เกิดจากอิเล็กตรอนในแผ่นที่กระจายตัวไปตามทิศทางที่โครงตาข่ายซ้อนกัน เมื่อสนามไฟฟ้าภายนอกถูกนำไปใช้กับอะตอมที่เป็นกลาง ไดโพลไฟฟ้า (คู่ของประจุลบและประจุบวก) มักจะก่อตัวขึ้น โมเมนต์ไดโพลเหนี่ยวนำหรือโพลาไรซ์ (ซึ่งถูกกำหนดให้ชี้จากประจุลบไปยังประจุบวกด้วยขนาดที่เท่ากับความแรงของประจุแต่ละตัวคูณด้วยการแยกระหว่างประจุ) โดยทั่วไปจะชี้ไปในทิศทางเดียวกับสนามภายนอก
การค้นพบ ‘กราฟีนมุมมายากล’ ที่ทำตัวเหมือนตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงคือPhysics World 2018 Breakthrough of the Yearในกรณีของแผ่น 2H-VSe2 ที่บิดขวา จะไม่พบไดโพลไฟฟ้าที่ชัดเจนเมื่อใช้สนามไฟฟ้า ในกรณีที่บิดเบี้ยวทางซ้าย ไดโพลไฟฟ้าจะก่อตัวขึ้น แต่โพลาไรซ์ที่ถูกเหนี่ยวนำยังสามารถจัดแนวในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามที่ใช้ ซึ่งเป็นเอฟเฟกต์ที่หายากมากในธรรมชาติ
“เนื่องจากคุณสมบัตินี้เป็นสมบัติทางแม่เหล็ก จึงอาจมีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมาย” Duan กล่าวกับPhysics World “สิ่งเหล่านี้รวมถึงอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน ตัวเก็บประจุเชิงลบ และออปโตอิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่”นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาในChinese Physics Lettersกล่าวว่าตอนนี้พวกเขาหวังว่าจะตรวจจับโพลาไรซ์ไดอิเล็กทริกที่อาศัยสนามแม่เหล็กดังกล่าวในการทดลองในห้องปฏิบัติการ
ในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้
ขยับเข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น นักวิจัยต้องการวิธีการที่ดีกว่าในการวัดและควบคุมระบบที่ละเอียดอ่อนที่ประกอบขึ้นเป็นมัน วิธีหนึ่งที่เรียกว่าเอกซ์เรย์สถานะควอนตัม ใช้การวัดซ้ำๆ ทั่วทั้งระบบเพื่อแสดงสถานะควอนตัม อย่างไรก็ตาม เครื่องมือวินิจฉัยที่ทรงพลังนี้ใช้งานไม่ได้เนื่องจากระบบควอนตัมมีขนาดใหญ่ขึ้น เนื่องจากในรูปแบบทั่วไป จำนวนการวัดที่ต้องการจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามขนาดของระบบ ขณะนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ได้ใช้วิธีเอกซเรย์แบบ “แนะนำตนเอง” ซึ่งสามารถระบุสถานะควอนตัมที่เข้ารหัสด้วยรูปทรงเชิงพื้นที่ของแพ็คเก็ตแสงได้ง่ายขึ้น การทดลองนี้เปิดประตูสู่การใช้เอกซเรย์นำทางด้วยตนเองกับระบบควอนตัมที่หลากหลาย
วัตถุควอนตัมสองมิติเรียกว่า qubit โดยเปรียบเทียบกับบิตคลาสสิก แต่แนวคิดเดียวกันนี้สามารถสรุปให้เป็นมิติที่สูงกว่าได้ วัตถุมิติที่สูงกว่าที่ได้มักจะเรียกว่า qudit และสามารถเทียบเท่ากับ qubits ที่พันกันจำนวนมาก Markus Rambachนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ ออสเตรเลียและผู้เขียนนำกล่าวว่า “ระบบควอนตัมส่วนใหญ่มีมิติที่สูงกว่า และเราแค่เพิกเฉยหรือบางครั้งก็ว่างเปล่าอย่างแข็งขัน ระบบส่วนใหญ่ในมิติที่สูงกว่าของเราเพื่อให้มันกลายเป็นค วิบิต” ของการศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในPhysical Review Letters
ทีมงานของ Rambach แสดงให้เห็นว่า โดยหลักการแล้ว วัตถุควอนตัมที่มีมิติสูงกว่านี้สามารถใช้เพื่อกำหนดลักษณะสถานะควอนตัมของระบบพัวพันขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทีมงานสร้างควอดิตโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า spatial light modulators (SLMS) ซึ่งทำหน้าที่เหมือนโปรเจ็กเตอร์เหนือศีรษะแบบโปร่งใสซึ่งทำหน้าที่เหมือนโปรเจ็กเตอร์โอเวอร์เฮดแบบเก่า โดยยอมให้แสงบางรูปทรงเท่านั้น – สถานะควอนตัม – ผ่านไปได้อย่างสมบูรณ์ ในขณะที่ SLM ตัวหนึ่งเตรียมสถานะควอนตัมเริ่มต้น โดยสร้างการวางซ้อนของรูปแบบแสงคล้ายวงแหวน แต่ SLM อีกเครื่องหนึ่งจะทำการวัดวิเคราะห์และส่งแสงผ่านไฟเบอร์ออปติกไปยังเครื่องตรวจจับ จากนั้น นักวิจัยได้ใช้วิธีเอกซเรย์ด้วยตนเองกับ SLM ตัวที่สอง โดยปรับ “ความโปร่งใส” ซ้ำๆ จนกว่า SLM ทั้งสองจะเรียงตัวกันอย่างสมบูรณ์ ให้สถานะควอนตัมที่ถูกต้อง
เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของเอกซ์เรย์ด้วยตนเอง ให้นึกภาพสถานะควอนตัมเป็นยอดแหลมของมหาวิหารอันสลับซับซ้อนท่ามกลางภูมิประเทศที่แห้งแล้ง โดยโดดเด่นเป็นประกายสีเหนือความซ้ำซากจำเจ ในการจับภาพความงามของอาคารนั้นโดยใช้เอกซ์เรย์รัฐควอนตัมแบบเดิม คุณจะต้องวาดภาพภูมิทัศน์ทั้งหมด โดยใช้ความพยายามบนโขดหินและท้องฟ้ามากพอๆ กับที่คุณทำกับสถาปัตยกรรมแบบโกธิก การดำเนินการนี้ต้องใช้เวลาและทาสีอย่างมาก และการย้ายไปอยู่ในพื้นที่ที่มีมิติสูงกว่าเดิมจะยิ่งแย่เข้าไปใหญ่ เช่น การพิจารณาภูมิทัศน์ที่ใหญ่ขึ้นในขณะที่หอคอยยังคงมีขนาดเท่าเดิม
Credit : craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com
