物理學(xué)家使用閃光燈來(lái)發(fā)現(xiàn) 控制物質(zhì)的新量子態(tài)

王繼剛可以將他的研究目標(biāo)分解為幾句話：“發(fā)現(xiàn)和控制物質(zhì)的量子態(tài)”。

但是，它需要段落，類比，插圖，互聯(lián)網(wǎng)搜索以及愿意破譯“通過(guò)在量子臨界點(diǎn)附近進(jìn)行非熱超快淬滅的非平衡量子相發(fā)現(xiàn)”的討論來(lái)理解這八個(gè)詞。

即使是頭疼的人，王的工作對(duì)我們所有人來(lái)說(shuō)可能都是一件大事。

利用量子物理學(xué)-原子級(jí)以下的粒子和能量-可以帶來(lái)更好的計(jì)算，傳感，通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。但是，像愛荷華州立大學(xué)的物理學(xué)和天文學(xué)教授，美國(guó)能源部的艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Wang之類的第一批研究人員需要提供有關(guān)量子世界的更多答案。

在Wang的案例中，許多答案都來(lái)自量子太赫茲光譜，可以使電子可視化和操縱。

美國(guó)陸軍研究辦公室提供了為期三年，價(jià)值46.5萬(wàn)美元的贈(zèng)款，為王及其研究小組的光譜學(xué)研究提供了支持。

Wang和他的團(tuán)隊(duì)基于這些研究宣布了三個(gè)發(fā)現(xiàn)：

《自然材料》(Nature Materials)報(bào)道的第一篇論文描述了超快光子脈沖(激光每秒以萬(wàn)億個(gè)循環(huán)的頻率閃爍)如何開啟超導(dǎo)電性所隱藏的物質(zhì)狀態(tài)，即無(wú)阻力的電流流動(dòng)(通常在超冷溫度下) 。該發(fā)現(xiàn)演示了一種新的調(diào)諧旋鈕-物理學(xué)家稱為“量子猝滅”-用于非平衡材料的發(fā)現(xiàn)，例如在不改變溫度的情況下打開奇異的，隱藏的狀態(tài)。

第二篇在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表，描述了太赫茲儀器如何跟蹤材料中的電子配對(duì)，揭示了一種新的，光誘導(dǎo)的長(zhǎng)壽命物質(zhì)狀態(tài)。

第三篇發(fā)表在《自然光子學(xué)》上，描述了Wang和他的合作者如何使用超快閃光，可以像旋鈕一樣控制和加速超電流。閃爍破壞了平衡對(duì)稱性，因此觸發(fā)了禁止的量子振蕩，這是任何已知方法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

Wang有數(shù)位合作者為這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)作出了貢獻(xiàn)：阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校的Ilias E. Perakis小組提供了理論模擬;威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的Chang-Beom Eom組和愛荷華州立大學(xué)的Paul Canfield組貢獻(xiàn)了高質(zhì)量的超導(dǎo)材料及其表征。

高速潛力

陸軍研究辦公室發(fā)現(xiàn)了量子技術(shù)的潛力：

美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部陸軍研究部門的成員之一，陸軍研究辦公室物理部門負(fù)責(zé)人馬克·烏爾里希說(shuō)：“王博士的工作正在揭示新的物理學(xué)，以及我們?nèi)绾卫霉鈦?lái)調(diào)用原本無(wú)法獲得的新特性。”實(shí)驗(yàn)室。“光誘導(dǎo)的相位可能使諸如光學(xué)計(jì)算，新穎的傳感器或無(wú)法預(yù)料的方式控制光或電子的技術(shù)成為可能。”

王說(shuō)，王實(shí)驗(yàn)室的研究在凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域大都是未開發(fā)的領(lǐng)域。因此，需要做更多的工作來(lái)消除知識(shí)障礙，以幫助推動(dòng)量子技術(shù)及其高速通信能力的發(fā)展。

Wang說(shuō)：“我們希望使用這些工具-這些快速閃爍和高頻-探測(cè)1至10納米(即1至10億分之一米)的較小尺度。” “我們還希望為量子計(jì)算界開發(fā)使用太赫茲光的控件。”

Wang的實(shí)驗(yàn)室是如何開始所有這些工作的?這些有關(guān)量子發(fā)現(xiàn)和控制的思想從何而來(lái)?

王說(shuō)：“我一直著迷于通過(guò)開發(fā)新工具來(lái)發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)狀態(tài)，尤其是那些用常規(guī)手段甚至無(wú)法訪問(wèn)的物質(zhì)。”

王說(shuō)，這意味著溫度，壓力，化學(xué)成分或磁場(chǎng)的最小變化，以達(dá)到這些新的物質(zhì)狀態(tài)，這些物質(zhì)通常在平衡時(shí)不穩(wěn)定，通常被傳統(tǒng)的測(cè)量方法隱藏，但在他的實(shí)驗(yàn)中已穩(wěn)定下來(lái)。

他也不關(guān)注偶然發(fā)現(xiàn)，有時(shí)只是在實(shí)驗(yàn)室中嘗試某些事情而發(fā)生。Wang希望以一種可控的，合理的方式開發(fā)和應(yīng)用精確而強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)室工具，以發(fā)現(xiàn)隱藏在超導(dǎo)材料和其他復(fù)雜材料中的這些新的物質(zhì)狀態(tài)。

通過(guò)這樣做，他說(shuō)他正在學(xué)習(xí)由實(shí)驗(yàn)室儀器產(chǎn)生的這些強(qiáng)烈的太赫茲閃光，確實(shí)可以作為查找，穩(wěn)定，探測(cè)和潛在控制這些奇異狀態(tài)及其獨(dú)特屬性的控制旋鈕。

他說(shuō)：“我們已經(jīng)建立了一種新方法，可以訪問(wèn)并可能控制奇特的物質(zhì)狀態(tài)。”