바카라 룰도체에서 스핀 배열 제어 달성

8093_8285철기 기반 자기 고온 바카라 룰도기Eurbfe₄as₄Superconductive및 Europium (EU)자기공존;Flux Quantum오리엔테이션에 따라스핀결정되었고, 우리는 이것을 사용하여 스핀 배열을 성공적으로 제어했습니다

일반적으로 바카라 룰도와 자기가 경쟁하고 양립 할 수 없습니다 최근 AIST에 의해 발견되었습니다₄as₄고온에서 공존하고 새로운 현상을 유발할 수있는 물질로 주목을받는 매우 드문 속성을 가진 물질입니다 이번에 발견 한 현상은 자기 플럭스 양자에 대한 정보가 바카라 룰도체 내의 스핀 정보에 반영 될 수 있으며 메모리 기능 및 기타 응용 분야에 적용 할 수 있음을 시사합니다 바카라 룰도 장치의 메모리 기능은 최근 몇 년 동안 주목을 끌고 있습니다Superconductive Quantum Computer의 개발 문제 중 하나로 언급되었으며, 고속, 저전력, 모든 수술 회로를 실현하기위한 원소 기술로 이어질 것으로 예상됩니다

이 기술에 대한 세부 사항은 2021 년 9 월 6 일 (Eastern Standard Time)에서 미국 학술 저널 "미국 국립 과학 아카데미의 절차"(국립 과학 아카데미의 절차)에 온라인 게시

최근 몇 년간, 기존 기술을 능가하는 성능과 기능을 제공하는 양자 역학의 원칙 (이후 "Quantum Technology")을 기반으로 기술의 최근에 관심이 증가하고 있습니다 예를 들어, 초고속 계산이 예상되는 양자 컴퓨터에서바카라 룰도 큐 비트를 사용하십시오 운영자로서바카라 룰도 양자 회로관심을 끌고 있습니다 반면에, 메모리 함수 및 기타 기능에는 자기 특성 (스핀)을 사용하는 양자 기술이 선행되며 바카라 룰도 양자 회로에서는 확립되지 않습니다 자성을 바카라 룰도 재료와 함께 사용할 수 있다면, 바카라 룰도 메모리를 생성 할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨터에서 성능을 향상시키고 기존 메모리에서는 찾을 수없는 새로운 기능의 생성으로 이어질 것으로 예상됩니다

그러나 바카라 룰도성과 자기는 서로 경쟁하는 특성을 가지고 있으며, 동일한 재료에서 공존하고 기능하기가 어렵습니다 매우 드문 경우, 바카라 룰도성과 자기가 공존하는 재료가 있습니다 (이하 "자기 바카라 룰도기") 그러나 기존의 자기 바카라 룰도체는 다음과 같습니다임계 온도（T_c)는 매우 낮습니다 1k (켈빈 : 절대 온도),T_c10K 클래스이며, 1 T 미만의 약한 자기장으로 적용될 때 바카라 룰도성을 잃는 것 (Tesla : 자기장의 단위) 실제로 바카라 룰도 및 자기 기능을 장치 재료로 활용할 가능성이있는 자기 바카라 룰도체를 실제로 사용합니다T_c| 높았으며 자기장이 적용된 경우에도 바카라 룰도성을 잃지 않은 재료를 검색해야했습니다

AIST와 Imura Japan은 더 높습니다T_c, 2016 년에 Europium (EU)을 포함하는 철기 기반 자기 고온 바카라 룰도체 인 Eurbfe를 가진 새로운 고온 바카라 룰도체의 연구 및 개발을 연구하고 있습니다₄as₄발견되었습니다 Eurbfe₄as₄37k에서 높습니다T_c고온 영역에서 바카라 룰도성 및 자기와 공존하는 물질은 매우 드물며 학문적 연구 주제로서 흥미로울뿐만 아니라 바카라 룰도성과 자기를 갖는 장치 재료로도 사용될 것으로 예상된다 그래서, eurbfe₄as₄의 물리적 특성 바카라 룰도성 및 자기 특성의 공존에서 세부적으로 조사되었다

이 연구는 과학 연구를위한 과학 연구를위한 과학 보조금 촉진을위한 일본 사회의 지원을 제공했습니다

Eurbfe₄as₄바카라 룰도의 철분 비소 (FEAS) 층과 자기 EU 층의 층이있는 결정 구조를 갖는다 자기 구조는 스핀이 각각의 EU 층에서 동일한 방향을 갖는 강자성 배열이며, 스핀은 90도에서 회전시킴으로써 나선형 형태 (이후에 "Shelical Magnetism")로 쌓인다 나선형 자기에서 전반적으로내부 자기장| 취소되므로 바카라 룰도와 공존 할 가능성이 상대적이라고합니다 한편, 외부 자기장이 적용될 때, 자기 플럭스 양은 바카라 룰도체 내부에 침투하고 EU의 스핀은 나선형 자기에서 강자성으로 재정렬한다 이전에는 외부 자기장 이이 상태에서 0으로 되돌아 가면 바카라 룰도와 호환되는 원래의 나선형 자기로 재 배열 될 것으로 생각되었다 (도 1)

이번에는 Eurbfe₄as₄단결정 샘플| 일본 통합 과학 기술 연구소 (Cross)의 협력과 함께 생산되었습니다대형 강도 양성자 가속기 시설 (J-PARC)재료 및 생명 과학 실험 시설 (MLF)에서 특수 환경의 자기장에서 Micro Single Crystal Neutron Structure Analysis Device (Senju)Nutron 자기 회절 실험구현되었습니다 결과적으로 Eurbfe₄as₄에 강한 자기장을 적용한 후에도 자기장은 0으로 되돌아 가서 샘플의 대부분의 스핀은 강자성 배열에 남아 있음이 밝혀졌습니다 이것은 Eurbfe입니다₄as₄외부 자기장이 0 인 경우에도 샘플에 자기 플럭스 양자가 캡처되고 스핀은이 자기 플럭스 양자에 의해 강자성 배열로 배열됨을 나타냅니다 우리는 원래 바카라 룰도성과 호환되지 않은 강자성 배열이 바카라 룰도성에 의해 생성 된 자기 플럭스 양자에 의해 안정화되는 새로운 현상을 포착하는 데 성공했습니다

또한 AIST와 Vienna Institute of Technology는이 현상을 사용함으로써 스핀의 방향을 자기 플럭스 양자를 사용하여 제어 할 수 있다고 생각했습니다 바카라 룰도체에 외부 자기장을 적절하게 적용함으로써, 바카라 룰도체 내의 자기 플럭스의 분포를 제어 할 수있다 예를 들어, 하향 자기장이 적용되면, 위쪽 자기장이 적용될 수 있고,도 1에 도시 된 바와 같이, 바카라 룰도체의 중심 및 끝에서 반대 자기장이 생성 될 수있다 2 스핀의 방향은 자기 플럭스 양자의 방향에 의해 결정되므로 상향 (하향) 플럭스 양자가 분포되는 영역에서는 스핀이 상향 (하향) 강자성 배열이며, 경계 영역에 자기 플럭스 양자가 없기 때문에 원래의 헬리컬 자기가 취해집니다 각 영역의 폭과 위치는 또한 외부 자기장의 공정과 강도에 의해 결정된다

이 발견은 그림에 표시된 상태를 허용합니다 2 외부 자기장이 제거 될 때에도 유지되고 임의의 스핀 배열을 갖는 바카라 룰도체를 실현할 수 있습니다 또한, 위쪽을 향한 외부 자기장이도 1에 도시 된 상태로부터 강화 될 때 도 2, 상향 플럭스 양자의 영역은 중심쪽으로 확장되고 하향 플럭스 양자의 영역이 좁아집니다 이런 식으로, 스핀 배열도 제어 될 수있다

그러한 모델 사용, Eurbfe₄as₄(샘플 내부의 자기 플럭스 양자 및 스핀의 배향 및 분포에 의해 결정됨) 계산되었다 (도 3 좌측) 블랙 라인은 자기장이 ± 1 T 범위 내에서 변경 될 때 자화의 외부 자기장 의존성이다 (화살표는 자기장을 적용하는 과정을 나타냅니다) 자화 값이 충분히 큰 양의 (위쪽) 자기장에서 0으로 낮아지면 자화 값이 변하지 않는다는 것을 알 수 있습니다 (화살표 1) 이는 스핀이 샘플 전체에 걸쳐 상향 강자성 배열에 남아 있다는 사실에 해당한다 음의 자기장이 0으로 되돌아 가면 (화살표 3), 하향 강자성 배열이된다 파란색, 녹색, 주황색 및 빨간색 라인은 양의 자기장에서 음성 자기장 (화살표 1 및 2)으로 변경하는 과정이 각각 0, -02, -05 및 -1 T에서 화살표 5에서 8로 표시되는 자기장을 올리는 과정으로 전환 될 때 계산 결과입니다 접힌 자기장의 조건으로 인해, 자기 플럭스 양자가 동일하더라도, 샘플에서 자기 플럭스 양자의 분포는 다르고 거동은 극적으로 변한다

자화가 실제로 측정되면 실험 결과 (그림 3의 오른쪽)와 모델 계산은 매우 유사했습니다 이는 자기 바카라 룰도체 내의 스핀 배열이 자기 플럭스 양자의 방향 및 배열에 의해 제어됨을 나타낸다

바카라 룰도체 내의 자기 플럭스의 정보 (방향 및 위치)가 스핀 정보에 반영 될 수 있지만 자기 바카라 룰도기를 사용하여 성공적으로 시연 된 것이 이론적으로 제안되었습니다 이 성과는 메모리 기능 및 기타 응용 프로그램에 적용될 가능성이 있으며, 고속 및 저전력 소비가 될 것으로 예상되는 모든 감독 전투 회로 장치를 실현하기위한 원소 기술로 이어질 것으로 예상됩니다

이번에 발견 된 현상의 메커니즘을 명확히하기 위해 더 자세한 실험이 수행되고 이론이 구성 될 것입니다 또한, 바카라 룰도 장치에 적용하기 위해, 우리는 자기 플럭스 양자의 방향 및 위치의 정확한 제어와 같은 원소 기술을 개발하는 것을 목표로한다

◆ 철계 자기 고온 바카라 룰도기

철을 함유하는 층 화합물 인 바카라 룰도성을 나타내는 물질 그룹은 임계 온도가 높기 때문에 철 기반 고온 바카라 룰도체라고합니다 이 중에서, 자기 층 (여기서 EU 층)을 함유하는 재료는 바카라 룰도성과 자기가 존재하는 자기 바카라 룰도체로 분류되며 기본 및 응용 관점에서 주목을 끌고있다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 룰도

물질을 저온으로 가져 오면 특정 온도 (임계 온도)에서 전기 저항이 0 인 상태로 변경됩니다 이러한 재료를 바카라 룰도체라고하며 의료 MRI 및 선형 자동차에 적용됩니다 바카라 룰도체는 자기장을 제거하는 특성을 나타내지 만 (Meissner Effect), 자기장이 강하면 바카라 룰도체 내부에서 침투합니다 바카라 룰도체는 침입 자기장이 균일하지 않지만 자기 플럭스 양자로 분포되어 있다는 특징을 갖는다[참조로 돌아 가기]

◆ 자기

물질에서 원자 스핀의 방향은 재료에 걸쳐 정렬 될 수 있습니다 예를 들어, 스핀의 정렬에 따라, 스핀이 같은 방향으로 향할 때,이를 강자성이라고하며, 서로 반대쪽에 직면 할 때 반 강자성이라고하며, 나선형 형태로 배열되면 나선형 자성이라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Flux Quantum

일반적으로 자기 플럭스는 연속 값을 취하지만, 자기 플럭스가 바카라 룰도 링 내부에 갇히면 φ₀ = h/2e（h: Planck Constant,e: 전하 요소 수량)이라는 양자 기계적 물리 상수의 정수 배수 인 값 만 필요합니다 이것을 자기 플럭스의 양자화라고하며, 가장 작은 단위 인 φ₀자기 플럭스 양자라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 스핀

전자가 가지고있는 양자 기계적 자유도 중 하나이며 회전의 특성을 스핀이라고합니다 스핀은 자기의 원천이며, 두 가지 유형의 스핀 자유가 위쪽 및 아래쪽입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 룰도 양자 컴퓨터

전통적인 컴퓨터에서는 두 상태의 "0 또는 1"을 사용하여 계산이 이루어지는 반면, 양자 컴퓨터에서는 양자 역학의 중첩 상태를 사용하여 계산됩니다 ( "0 및 1"입니다 바카라 룰도 양자 컴퓨터는 바카라 룰도 큐 비트를 양자 계산을 수행하는 회로의 기본 구성 요소로 사용하는 장치입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 룰도 큐 비트

양자 계산으로 처리 된 가장 작은 정보 단위를 큐 비트라고합니다 큐 비트 (반도체, 빛, 이온 등)를 실현하기위한 다양한 후보자가 나열되며 바카라 룰도 요소를 사용하는 것을 바카라 룰도 큐 비트라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 룰도 양자 회로

바카라 룰도 큐 비트 및 바카라 룰도 공진기와 같은 바카라 룰도 요소로 구성된 양자 계산을 수행하는 회로[참조로 돌아 가기]

◆ 임계 온도

바카라 룰도체에서, 바카라 룰도 상태와 정상 전도성 상태 사이의 경계를 형성하는 온도 (유한 전기 저항이 발생하는 금속 상태)[참조로 돌아 가기]

◆ 내부 자기장

자기로 인해 재료로 생성 된 자기장 강자성에서, 스핀은 같은 방향으로 가리키기 때문에 내부 자기장은 크기가 크고, 반 강자성 및 나선형 자성에서는 스핀 사이의 취소로 인해 내부 자기장은 0입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 단결정 샘플

단결정 샘플은 샘플의 모든 부분에서 결정 축을 갖는 단결정 샘플입니다 Eurbfe₄as₄와 같은 계층화 된 화합물에서 물리적 특성은 내부 층과 층간 방향 사이에 상이하므로 정확한 물리적 특성 측정에 단결정 샘플이 필수적입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 대형 강도 양성자 가속기 시설 (J-PARC)

이것은 일본 원자 에너지 연구 및 개발 기관과 이바라키 현 토카이 빌리지에있는 공동 대학 기반 조직인 고 에너지 가속기 연구소가 공동으로 구축 한 세계 최대의 빔 강도 그룹 및 실험 시설 그룹의 일반적인 용어입니다 J-PARC라는 이름은 "일본 양성자 가속기 연구 단지"에서 유래했습니다 우리는 물질 및 생명 과학, 핵 및 입자 물리학 및 중성자, 뮤온, K- 메손 및 중성미자와 같은 다른 2 차 입자에서의 최첨단 학업 연구 및 산업 사용을 수행합니다
J-PARC 내의 MLF (Material and Life Sciences Experiment Facility)는 세계적 수준의 펄스 중성자 및 뮤온 빔을 사용한 실험을 허용합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Nutron 자기 회절 실험

영양소에는 전하가 없지만 스핀이 있습니다 중성자 빔이 재료에 적용될 때, 이들은 재료의 스핀에 의해 산란되고, 재료 내부의 자기 특성에 대한 정보를 얻을 수있다[참조로 돌아 가기]