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Pela primeira vez na história experimental, pesquisadores do Instituto de Computação Quântica (IQC) criaram um dispositivo que gera nêutrons torcidos com momento angular orbital bem definido. Anteriormente considerada uma impossibilidade, esta realização científica inovadora fornece um novo caminho para os pesquisadores estudarem o desenvolvimento de materiais quânticos de próxima geração com aplicações que vão desde a computação quântica até a identificação e resolução de novos problemas na física fundamental.
“Os nêutrons são uma sonda poderosa para a caracterização de materiais quânticos emergentes porque possuem várias características únicas”, disse o Dr. Dusan Sarenac, pesquisador associado do IQC e líder técnico, Tecnologias Quânticas Transformativas da Universidade de Waterloo. “Eles têm comprimentos de onda de tamanho nanométrico, neutralidade elétrica e uma massa relativamente grande. Essas características significam que os nêutrons podem passar por materiais que os raios-X e a luz não podem.”
Embora os métodos para a produção experimental e análise do momento angular orbital em fótons e elétrons sejam bem estudados, um projeto de dispositivo usando nêutrons nunca foi demonstrado até agora. Por causa de suas características distintas, os pesquisadores tiveram que construir novos dispositivos e criar novos métodos para trabalhar com nêutrons.
Em seus experimentos, o Dr. Dmitry Pushin, IQC e membro do corpo docente do Departamento de Física e Astronomia em Waterloo, e sua equipe construíram estruturas de grade de silício microscópicas semelhantes a garfos. Esses dispositivos são tão minúsculos que, em uma área de apenas 0,5 cm por 0,5 cm, existem mais de seis milhões de grades de fase de deslocamento de forquilha individuais. À medida que um feixe de nêutrons individuais passa por este dispositivo, os nêutrons individuais começam a se enrolar em um padrão de saca-rolhas. Depois de percorrer 19 metros, uma imagem dos nêutrons foi capturada usando uma câmera especial de nêutrons. O grupo observou que cada nêutron se expandiu para uma assinatura semelhante a uma rosquinha de 10 cm de largura.
O padrão de rosca dos nêutrons propagados indica que eles foram colocados em um estado helicoidal especial e que os dispositivos de grade do grupo geraram feixes de nêutrons com momento angular orbital quantizado, a primeira conquista experimental desse tipo.
“Os nêutrons têm sido populares na verificação experimental da física fundamental, usando os três graus de liberdade facilmente acessíveis: rotação, caminho e energia”, disse Pushin. “Nesses experimentos, nosso grupo permitiu o uso do momento angular orbital em feixes de nêutrons, que fornecerão essencialmente um grau adicional de liberdade quantizada. Ao fazer isso, estamos desenvolvendo uma caixa de ferramentas para caracterizar e examinar materiais complicados necessários para a próxima geração de dispositivos quânticos, como simuladores quânticos e computadores quânticos.”
O artigo Realização experimental de ondas helicoidais de nêutrons por Sarenac, Pushin e colaboradores da Universidade de Waterloo, do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e do Laboratório Nacional de Oak Ridge foi publicado recentemente na revista Science Advances. A pesquisa foi financiada por meio do TQT, que é uma iniciativa do Canada First Research Excellence Fund. Dispositivos experimentais foram criados no Quantum Nano Fabrication and Characterization Facility na Universidade de Waterloo.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade de Waterloo. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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