Khám phá trạng thái điện tử mới của vật chất
Một nhóm nghiên cứu do các giáo sư Khoa Vật lý và thiên văn học trường đại học Pittsburgh dẫn dắt đã loan báo phát hiện ra một trạng thái điện tử mới của vật chất.
Jeremy Levy, một giáo sư có nhiều công bố xuất sắc về vật lý chất rắn, và Patrick Irvin, một phó giáo sư nghiên cứu, là đồng tác giả công trình “Pascal conductance series in ballistic one-dimensional LaAIO3/SrTiO3 channels” được xuất bản trên Science. Nghiên cứu này tập trung vào những đo đạc các hệ dẫn một chiều, nơi các electron được tìm thấy di chuyển mà không tán xạ theo các nhóm gồm hai hoặc ba electron trong cùng một thời điểm hơn là trong trạng thái riêng rẽ.
“Thông thường, các electron trong những chất bán dẫn hoặc kim loại chuyển động và phân tán, cuối cùng cuốn theo một chiều nếu như anh áp một điện áp lên nó. Nhưng trong các đường dẫn điện “đạn đạo”, các electron chuyển động như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Việc này khiến chúng không tỏa nhiệt và có thể được sử dụng trong những cách hoàn toàn khác biệt với các điện tử thông thường. Các nhà nghiên cứu trước chúng tôi đã từng thành công trong việc tạo ra một loại chất dẫn “đạn đạo”, Levy giải thích.
“Khám phá mà chúng tôi đã tìm ra chứng tỏ rằng khi các electron có thể được tạo ra khả năng thu hút electron khác, chúng có thể hình thành những chùm gồm hai, ba, bốn hoặc năm electron mà có hành xử giống như một loại hạt mới, hình thành những dạng mới của vật chất điện tử.
Levy so sánh phát hiện này với cách các hạt quark liên kết với nhau để hình thành các neutron và proton. Một manh mối quan trọng để khám phá ra loại vật chất mới này là các đường dẫn “đạn đạo” khớp với một dãy trình tự bên trong tam giác Pascal.
“Nếu nhìn dọc các hướng khác nhau của Tam giác Pascal, anh sẽ thấy các mẫu hình số khác biệt và một trong những mẫu hình là 1, 3, 6, 10, 15, 21. Đó là một trình tự mà chúng tôi nêu trong dữ liệu của chúng tôi, vì vậy nó trở thành một manh mối mang tính thách thức là trên thực tế những gì sẽ tới? Khám phá này đưa chúng tôi tới hiểu biết về những thứ ban đầu chúng tôi còn chưa nhận ra là chúng tôi đang xem xét các hạt được tạo ra từ một electron, hai electron, ba electron và nhiều hơn. Nếu anh kết hợp tất cả với nhau, anh sẽ có một dãy trình tự của 1,3,6,10”.
Levy, giám đốc Viện nghiên cứu lượng tử Pittsburgh, lưu ý là các hạt mới có những đặc tích liên quan với rối lượng tử, vốn có tiềm năng hữu dụng với tính toán lượng tử và tái phân phối lượng tử. Ông nói, khám phá này là một bước tiến thú vị hướng tới một giai đoạn phát triển mới của vật lý lượng tử.
“Nghiên cứu này thuộc về một số nỗ lực quan trọng được thực hiện tại Pittsburgh để phát triển một KH&CN mới liên quan đến cuộc cách mạng lượng tử lần thứ hai”, ông cho biết.
“Trong cuộc cách mạng lượng tử thứ nhất, mọi người khám phá ra thế giới quanh chúng được các quy luật vật lý lượng tử cơ bản chi phối. Còn khám phá này dẫn chúng ta đến hiểu biết về bảng tuần hoàn, cách các vật liệu hành xử và hỗ trợ sự phát triển của các transistor, máy tính, các máy quét cộng hưởng từ MRI và công nghệ thông tin.
“Hiện tại trong thế kỷ 21, chúng ta đang chờ đợi những dự đoán lạ của vật lý lượng tử và xoay chiều chúng và sử dụng chúng. Khi nói về những ứng dụng, chúng ta thường nghĩ về các máy tính lượng tử, viễn tải lượng tử, truyền thông lượng tử, cảm biến lượng tử – những ý tưởng sử dụng các đặc tính tự nhiên của vật chất lượng tử mà trước đây có thể bi ‘lờ’ đi”.
Năm 2010, Levy đã nhận được một khoản tài trợ 7,5 triệu USD cho một nghiên cứu trong vòng 5 năm từ Bộ Quốc phòng Mĩ để giải quyết một số thách thức liên quan đến phát triiển máy tính lượng tử. Dự án này là một trong số 32 dự án được lựa chọn từ 152 đề xuất gửi tới Sáng kiến nghiên cứu liên trường ĐH (MURI); một chương trình có tổng kinh phí 227 triệu USD. Ông được giao dẫn dắt nhóm nghiên cứu gồm các nhà nghiên cứu từ ĐH Cornell, Stanford, California tại Santa Barbara, Michigan, và Wisconsin.
Anh Vũ dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2020-02-uncovers-electronic-state.html
