Физики из университета Ватерлоо создали устройство, генерирующее нейтронные спиральные волны. Ранее считалось, что такое поведение у нейтронов невозможно. Результаты работы помогут в разработке квантовых материалов следующего поколения для квантовых вычислений и фундаментальных исследований.
В своих экспериментах ученые построили микроскопические вилкообразные структуры кремниевых решеток. Эти устройства настолько малы, что в квадрате с длиной стороны 0,5 см находится более шести миллионов отдельных фазовых решеток вильчатой дислокации.
Изображение под микроскопом и принип работы генератора спиральных нейронных волн. Изображение: Dusan Sarenac et al., Science Advances
Когда пучок одиночных нейтронов проходит через это устройство, отдельные нейтроны начинают закручиваться в виде штопора. Исследователи зафиксировали изображения нейтронов получено с помощью специальной камеры на расстоянии 19 м от источника излучения. Результаты наблюдений показали, что каждый нейтрон расширился до
сигнатуры, напоминающей пончик, шириной 10 см.
Кольцевая структура распространяющихся нейтронов указывает на то, что они были помещены в особое спиральное состояние и что решетчатые устройства группы генерировали пучки нейтронов с квантованным орбитальным угловым моментом, отмечают ученые.
Кольцеобразные структуры полученные для систем с разным топологическим зарядом (q). Изображение: Dusan Sarenac et al., Science Advances
Хотя методы экспериментального получения и анализа орбитального углового момента фотонов и электронов хорошо изучены, конструкция устройства с использованием нейтронов до сих пор не демонстрировалась.
Нейтроны — это мощный инструмент для определения характеристик новых квантовых материалов, поскольку они обладают рядом уникальных особенностей. У них длина волны нанометрового размера, электрическая нейтральность и относительно большая масса. Эти особенности означают, что нейтроны могут проходить через материалы, в отличие от рентгеновских лучей и света.
Душан Саренак, соавтор исследования из Института квантовых вычислений университета Ватерлоо
