FSU Fisikawan Petakan Fase Kuantum Baru Transisi Elektron Padat-Cair

Para peneliti di Florida State University (FSU) telah mengidentifikasi sebuah fase kuantum baru di mana elektron menunjukkan perilaku yang menantang pemahaman kuantum saat ini, berpusat pada transisi antara keadaan padat kristalin dan gerakan yang menyerupai cairan. Penemuan ini, yang dipublikasikan dalam jurnal npj Quantum Materials, memvalidasi temuan melalui perangkat komputasi canggih, termasuk dukungan dari program ACCESS National Science Foundation.

Inti dari penelitian ini berkaitan dengan konsep kristal Wigner yang digeneralisasi, sebuah konstruksi teoretis yang pertama kali diajukan oleh Eugene Wigner pada tahun 1934. Tim FSU berhasil mendemonstrasikan koeksistensi perilaku elektron yang padat dan cair dengan menyetel interaksi dalam superkisi moiré dua dimensi. Berbeda dengan kristal Wigner konvensional yang hanya menampilkan kisi segitiga, kristal Wigner yang digeneralisasi memungkinkan pembentukan struktur kristalin yang beragam, seperti bentuk garis atau sarang lebah.

Secara khusus, tim riset mengidentifikasi keadaan antara yang disebut keadaan "pinball," di mana sebagian elektron tetap terperangkap sementara elektron lainnya bergerak secara kacau. Keadaan hibrida ini secara simultan menunjukkan sifat isolator dan konduktor, sebuah efek mekanika kuantum yang belum pernah teramati sebelumnya pada kepadatan elektron yang dipelajari. Tim riset tersebut terdiri dari Cyprian Lewandowski, Hitesh Changlani, dan Aman Kumar, yang semuanya terafiliasi dengan FSU dan National High Magnetic Field Laboratory.

Metodologi yang diterapkan tim mencakup diagonalisasi eksak dan simulasi Monte Carlo untuk memetakan diagram fase secara komprehensif. Implikasi dari penelitian ini diperkirakan akan signifikan bagi teknologi kuantum, khususnya dalam upaya menciptakan qubit yang lebih stabil untuk komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan. Kemampuan untuk menyetel fase elektron juga berpotensi memajukan spintronik berenergi rendah dan meningkatkan kinerja perangkat berbasis material seperti grafena.

Keuntungan penting dari temuan ini adalah potensi untuk mengamati efek kompleks ini tanpa memerlukan suhu yang sangat dingin, membuka jalan bagi efek kuantum suhu ruang dan kemajuan dalam superkonduktor berkinerja tinggi. Penelitian ini melengkapi upaya komputasi yang sedang berlangsung dalam fisika kuantum, menyediakan platform baru untuk menyelidiki keterikatan kuantum dan fisika banyak-benda, serta mendukung upaya FSU untuk memimpin kemajuan dalam revolusi kuantum.