Этот новообретенный контроль нейтронных состояний OAM означает, что исследователи теперь могут использовать нейтронные пучки OAM, чтобы заглядывать внутрь материалов, через которые оптические, рентгеновские или электронные пучки OAM не могут проникнуть.
Этот контроль может помочь измерить магнетизм, например, в магнитных материалах, а также в более глубоких исследованиях сверхпроводящих и хиральных материалов.
Нейтроны являются предпочтительным зондом для многих материалов. Исследователи используют нейтроны, чтобы узнать больше о свойствах материала, таких как кристаллическая структура или магнитная сигнатура. Нейтроны – массивные, проникающие и нейтральные частицы, а также обладают волнообразными свойствами.
OAM связан с вращением объекта вокруг фиксированной оси.
Например, OAM планеты вокруг Солнца зависит от расстояния планеты до Солнца и ее скорости. Контроль OAM уже был продемонстрирован с использованием различных методов для пучков оптического света, рентгеновских лучей и электронов.
Это было на разговоре об электронном OAM, где доцент-исследователь Дмитрий Пушин, член факультета физики и астрономии Ватерлоо, и сотрудник Чарльз Кларк из Объединенного квантового института в Мэриленде, задумали идею управления нейтронным OAM. Затем Пушин разработал эксперимент, чтобы доказать это.
В эксперименте Пушина используются нейтроны, созданные ядерным реактором Национального института стандартов и технологий (NIST), и пропускаются их через интерферометр Маха-Цендера.
Хотя в интерферометре в любой момент времени никогда не бывает более одного нейтрона, нейтрон можно рассматривать как импульс волн. Нейтронные волны встречаются с кремниевым лезвием и разбиваются на суб-пучки. Затем один из этих лучей попадает на спиральную фазовую пластину, которая изгибает нейтронный луч, давая волнам, идущим по этому пути, другой OAM, чем волнам, идущим по другому пути.
Твист квантует или запутывает путь.
Затем вспомогательные лучи ударяют по второму кремниевому ножу, который направляет два луча в одно и то же место на третьем ноже. суб-пучки нейтронов. Наконец, интерференционная картина регистрируется на третьем лезвии в двумерном детекторе, чтобы подтвердить, что дополнительный OAM был контролируемым образом передан.
«Раньше мы могли изучать только вращение, траекторию и энергетические степени свободы хиральных материалов», – сказал Пушин, также научный сотрудник программы NSERC CREATE по нейтронной науке и разработке функциональных материалов. «В принципе, мы показали, что можем изменить OAM на любое указанное значение. Теперь мы можем изучать эти материалы со спиральными структурами, такими как ДНК, без ограничений по степеням свободы для нейтронных исследований."
«Новый контроль над состояниями OAM позволяет нейтронам теперь исследовать спиральность материалов, включая жидкие кристаллы, спиральное магнитное упорядочение и топологические материалы», – сказал Дэвид Кори, заведующий кафедрой Canada Excellence Research и член факультета IQC и Департамента химии. "Особенно интересная возможность – это объединить наш квантовый контроль нейтронов с изучением и разработкой квантовых материалов."