تأیید محاسبات شبیه سازی شده با نتایج آزمایشی


اعتبار: دانشگاه هنگ کنگ

دکتر زی یانگ منگ از گروه فیزیک و نجوم ، دانشکده علوم ، دانشگاه هنگ کنگ (HKU) ، الگوی جدیدی از تحقیقات مواد کوانتومی را دنبال می کند که نظریه ، محاسبه و آزمایش را به روشی ثابت ترکیب می کند. وی به تازگی با همکاری دکتر وی لی از دانشگاه بیهانگ ، پروفسور یانگ چی از دانشگاه فودان ، پروفسور ویقیانگ یو از دانشگاه رنمین و پروفسور جینشنگ ون از دانشگاه نانجینگ برای کشف پازل نظریه برنده جایزه نوبل ، کوسترلیتز-توولس ( KT) فاز

چندی پیش ، دکتر منگ ، دکتر لی و دکتر چی به محاسبات دقیق یک مدل فاز توپولوژیکی KT برای آهنربای خاکی کمیاب TmMgGaO دست یافتند.4 (TMGO) ، با انجام محاسبات روی ابر رایانه های Tianhe 1 و Tianhe 2 ؛ این بار تیم چندین مشکل مفهومی و تجربی را پشت سر گذاشت و توانست از طریق اندازه گیری تشدید مغناطیسی هسته ای با حساسیت بالا (NMR) و اندازه گیری حساسیت مغناطیسی ، یعنی تشخیص واکنش های مغناطیسی ماده ، یک فاز توپولوژیکی KT و انتقال آن را در همان آهنربا زمین نادر تشخیص دهد. اولی در تشخیص لحظه های مغناطیسی کوچک حساسیت بیشتری دارد ، در حالی که دومی می تواند سهولت آزمایش را تسهیل کند.

این نتایج آزمایشی ، محاسبات کوانتومی مونت کارلو تیم ، بیشتر توضیح داد ، پیگیری نیم قرن مرحله توپولوژی CT در مواد مغناطیسی کوانتوم را به پایان رساند ، که در نهایت منجر به جایزه نوبل فیزیک 2016 شد. نتایج این مطالعه اخیراً در مجله مشهور دانشگاهی ارتباطات طبیعت.

فاز KT TMGO شناسایی می شود

مواد کوانتومی در حال تبدیل شدن به سنگ بنایی برای ادامه شکوفایی جامعه بشری هستند ، از جمله تراشه های محاسباتی نسل بعدی که فراتر از قانون مور ، قطار سریع السیر مگلو و واحد توپولوژی رایانه های کوانتومی و غیره هستند. با این حال ، این سیستم های پیچیده برای آشکار کردن مکانیزم میکروسکوپی خود به تکنیک های محاسباتی مدرن و تجزیه و تحلیل پیشرفته نیاز دارند. به لطف توسعه سریع سیستم عامل های ابر رایانه در سراسر جهان ، دانشمندان و مهندسان اکنون از این امکانات بسیار استفاده می کنند تا مواد بهتری برای جامعه ما پیدا کنند. با این حال ، محاسبه نمی تواند به تنهایی باقی بماند.

در مطالعه حاضر ، برای تأیید پیش بینی ها و به دست آوردن یافته ها ، برای مقابله با شرایط شدید مانند درجه حرارت پایین ، حساسیت زیاد و میدان مغناطیسی قوی ، تکنیک های تجربی لازم است. این امکانات و فناوری ها به طور مداوم توسط اعضای تیم کسب و سازمان می شوند.

این مطالعه با الهام از تئوری فاز CT کشف شده توسط V Berezinskii ، J Michael Kosterlitz و David J Thouless ، دو نفر دیگر به دلیل اکتشافات نظری در مراحل توپولوژی ، برنده جایزه نوبل فیزیک 2016 (همراه با F Duncan M Haldane) شدند. و انتقال فاز ماده. توپولوژی روش جدیدی برای طبقه بندی و پیش بینی خصوصیات مواد است و اکنون با کاربردهای بالقوه گسترده در رایانه کوانتومی ، سیگنالینگ فناوری اطلاعات بدون ضرر و موارد دیگر ، به یک جریان اصلی در تحقیقات و صنعت مواد کوانتومی تبدیل شده است. در دهه 1970 ، كاسترلیتز و بز وجود فاز توپولوژیك را پیش بینی كردند ، به همین دلیل از آن بعنوان فاز CT در مواد مغناطیسی كوانتوم نامگذاری شد. اگرچه چنین پدیده هایی در ابرسیالات و ابررساناها یافت شده است ، اما مرحله CT هنوز در مواد مغناطیسی فله تحقق یافته و در نهایت در کار حاضر کشف می شود.

تأیید محاسبات شبیه سازی شده با نتایج آزمایشی

نرخ آرامش طیف NMR و شبکه چرخش شبکه TMGO در (a) ، (b) و (c) و محاسبه نظری آن با شبیه سازی مقیاس بزرگ QMC در (d). اعتبار: دانشگاه هنگ کنگ

یافتن چنین فاز جالب KT در یک ماده مغناطیسی آسان نیست ، زیرا معمولاً اتصال سه بعدی باعث می شود ماده مغناطیسی یک فاز مرتب شده ایجاد کند اما یک فاز توپولوژیک در دمای پایین ایجاد نکند ، و حتی داشتن یک پنجره دما برای فاز KT نیاز دارد یک روش اندازه گیری بسیار حساس است تا بتواند مدل نوسان منحصر به فرد فاز توپولوژیک را درک کند و این دلیل آن است که چنین فازی با شور و شوق مورد توجه قرار گرفته است ، اما کشف تجربی آن بسیاری از تلاش های قبلی را برانگیخته است. پس از برخی از خرابی های اولیه ، عضو تیم دریافت که روش NMR در میدان های مغناطیسی درون صفحه ای حالات الکترونیکی کم انرژی را برهم نمی زند ، زیرا لحظه درون صفحه در TMGO عمدتا چند قطبی است و اختلال کمی در میدان مغناطیسی و لحظه های مغناطیسی ذاتی ماده دارد. نوسانات پیچیده توپولوژی CT در فاز قابل تشخیص است.

اندازه گیری سرعت آرامش NMR شبکه چرخشی نشان داد که یک فاز KT بین فاز پارامغناطیس در T> T_u و فاز ضد فرومغناطیسی در T قرار گرفته است

این یافته نشان می دهد که یک مرحله پایدار (فاز KT) TMGO ، که به عنوان نمونه ای مشخص از وضعیت توپولوژیکی ماده در مواد بلوری عمل می کند ، ممکن است کاربردهای بالقوه ای در فناوری اطلاعات آینده داشته باشد. با خواص منحصر به فرد تحریکات توپولوژیکی و نوسانات مغناطیسی قوی ، بسیاری از مطالعات جالب و کاربردهای بالقوه با مواد کوانتومی توپولوژیکی را می توان در اینجا دنبال کرد.

دکتر مان گفت: “در نهایت ، این امر به نفع جامعه خواهد بود ، مانند رایانه های کوانتومی ، سیگنال های IT بدون ضرر ، قطارهای سریع تر و سریعتر با مصرف انرژی ، که همه آنها به تدریج با کوانتوم قابل تحقق هستند. پژوهش. “

“روش ما ، ترکیبی از تکنیک های پیشرفته تجربی با طرح های کوانتومی عینی برای محاسبه بسیاری از اجسام ، به ما امکان می دهد داده های آزمایشی را با نتایج عددی دقیق با پیش بینی های نظری کلیدی از نظر کمی مقایسه کنیم ، و یک راه ارتباطی برای اتصال مطالعات نظری ، عددی و تجربی است. الگوی جدید ایجاد شده توسط تیم مشترک قطعاً منجر به کشف های عمیق و تأثیرگذار در مواد کوانتومی خواهد شد. “او اضافه کرد.

ابر رایانه های مورد استفاده در محاسبات و شبیه سازی ها

ابر رایانه های قدرتمند Tianhe-1 و Tianhe-2 در چین که در محاسبات مورد استفاده قرار گرفته اند از سریعترین ابر رایانه های جهان هستند و به ترتیب در سال 2010 و 2014 در لیست TOP500 (www.top500.org/) در رتبه 1 قرار گرفتند. انتظار می رود نسل بعدی آنها Tianhe-3 در سال 2021 مورد استفاده قرار گیرد و اولین ابر رایانه جهان با مقیاس exaFLOPS خواهد بود. شبیه سازی های کوانتومی شبکه مونت کارلو و تنسور انجام شده توسط تیم مشترک از ابر رایانه های تیانه استفاده می کند و انجام شبیه سازی های موازی در طول هزاران ساعت بر روی هزاران پردازنده در صورت انجام در رایانه مشترک بیش از 20 سال طول خواهد کشید.


تحقیقات مواد کوانتومی کشف مواد بهتر را که به نفع جامعه ما باشد ، تسهیل می کند


اطلاعات بیشتر:
زه هو و همکاران مدارکی برای مرحله Berezinski-Kosterlitz-Taules در یک آهنربا ناامید کننده ، ارتباطات طبیعت (2020) DOI: 10.1038 / s41467-020-19380-x

تهیه شده توسط دانشگاه هنگ کنگ

نقل قول: تأیید محاسبات شبیه سازی شده با نتایج آزمایشی (2020 ، 19 نوامبر) در 19 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11-simulated-results.html بازیابی شده است

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*