Квантовые материалы становятся краеугольным камнем непрерывного процветания человеческого общества. Из вычислительных микросхем нового поколения с искусственным интеллектом, которые выходят за рамки закона Мура (закон – это наблюдение, что количество транзисторов в плотной интегральной схеме удваивается примерно каждые два года, все наши ПК и смартфоны основаны на его успехе. Тем не менее, поскольку размер транзисторов становится меньше до нанометрового масштаба, поведение электронов зависит от квантовой механики (ожидается, что закон Мура очень скоро нарушится), от высокоскоростного поезда Маглева и топологического блока для квантовых компьютеров. , исследования в этих направлениях относятся к области исследования квантового материала.
Однако такое исследование отнюдь не простое.
Сложность заключается в том, что ученым приходится решать миллионы тысяч электронов в материале квантово-механическим способом (поэтому квантовые материалы также называют квантовыми системами многих тел), это далеко за пределами того времени, когда бумага и карандаш. , и вместо этого требует современных квантовых методов многочастичных вычислений и расширенного анализа. Благодаря быстрому развитию суперкомпьютерных платформ во всем мире, ученые и инженеры теперь широко используют эти вычислительные средства и передовые математические инструменты, чтобы открывать лучшие материалы на благо нашего общества.
Исследование вдохновлено теорией фазы KT, предложенной Дж. Майклом Костерлицем, Дэвидом Дж.
Таулессом и Ф. Дунканом М. Холдейном, лауреатами Нобелевской премии по Phyiscs 2016 г. Они были награждены за теоретические открытия топологических фазовых и фазовых переходов вещества. Топология – это новый способ классификации и прогнозирования свойств материалов в физике конденсированных сред, и в настоящее время она становится основным направлением исследований и промышленности квантовых материалов с широким потенциалом применения в квантовых вычислениях, передаче сигналов без потерь для информационных технологий и т. Д. Еще в 1970-х годах Костерлиц и Таулес предсказали существование топологической фазы, названной в честь них фазой KT, в квантовых магнитных материалах.
Однако, хотя такие явления были обнаружены в сверхтекучих жидкостях и сверхпроводниках, KT-фаза все же реализована в объемных магнитных материалах.
Совместную группу возглавляют доктор Цзы Ян Мэн из Гонконга, доктор Вэй Ли из Университета Бейхан и профессор Ян Ци из Университета Фудань.
Их совместные усилия позволили выявить комплексные свойства материала TMGO. Например, с помощью расчета саморегулируемой тензорной сети они вычислили свойства модельной системы при различных температурах, магнитном поле и, сравнивая с соответствующими экспериментальными результатами материала, они определили правильные параметры микроскопической модели. Имея под рукой правильную микроскопическую модель, они затем выполнили квантовое моделирование методом Монте-Карло и получили магнитные спектры рассеяния нейтронов при различных температурах (рассеяние нейтронов – признанный метод обнаружения структуры материалов и их магнитных свойств, ближайший к Гонконгу такой объект – Источник нейтронов расщепления в Китае в Дунгуане, провинция Гуандун).
Магнитные спектры с его уникальной сигнатурой в точке M – это динамический отпечаток топологической KT-фазы, предложенный более полувека назад.
«Эта исследовательская работа обеспечивает недостающий элемент топологических явлений КТ в объемных магнитных материалах и завершила полувековой поиск, который в конечном итоге привел к Нобелевской премии по физике 2016 года. Поскольку топологическая фаза материи является основной темой исследований конденсированного состояния и квантового материала в настоящее время, ожидается, что эта работа вдохновит на многие последующие теоретические и экспериментальные исследования и, по сути, даст многообещающие результаты для дальнейшей идентификации топологических свойств в квантовый магнит был получен совместной командой и нашими сотрудниками », – сказал д-р Менг.
Доктор Мэн добавил: «Совместные исследовательские группы в Гонконге, Пекине и Шанхае также устанавливают протокол современных исследований квантовых материалов, такой протокол, безусловно, приведет к более глубоким и важным открытиям в квантовых материалах. Вычислительная мощность нашего смартфона в настоящее время выше, чем у суперкомпьютеров 20 лет назад, можно оптимистично предвидеть, что с правильным квантовым материалом в качестве строительного блока персональные устройства через 20 лет, безусловно, могут быть более мощными, чем самые быстрые суперкомпьютеры прямо сейчас , с минимальными затратами энергии повседневного аккумулятора."