Nhà vật lý Liang Wu: Đưa ý tưởng vào cuộc sống thông qua vật lý thực nghiệm

17-11-2019

IDEASPLUS.VN - Trong vài năm tới, Wu hy vọng sẽ thấy nhóm tập trung vào nghiên cứu vật liệu tôpô cơ bản, mặc dù oonng thừa nhận rằng thật khó để biết tương lai sẽ ra sao cho một lĩnh vực trẻ như vậy.

Mục tiêu của phòng thí nghiệm Liang Wu là hiểu rõ hơn về vật lý của vật liệu lượng tử. Nghiên cứu cơ bản của họ trong lĩnh vực quang học có thể giúp tạo ra thế hệ tiếp theo của mọi thứ, từ máy tính lượng tử đến pin mặt trời. Ảnh: Đại học Pennsylvania

Ngay cả những ý tưởng khoa học xuất sắc nhất cũng cần dữ liệu. Chỉ trong năm nay, hình ảnh đầu tiên về lỗ đen cuối cùng đã cung cấp bằng chứng cần thiết để hỗ trợ cho các lý thuyết 100 năm tuổi của Einstein.

Vật liệu lượng tử không còn xa lạ với nhu cầu này. Lý thuyết giành giải thưởng đột phá được đề xuất bởi Charles Kane và Eugene Mele của Penn về các chất cách điện tôpô, vật liệu đóng vai trò là chất cách điện ở bên trong và chất dẫn điện trên bề mặt, trở thành nền tảng cho một lĩnh vực nghiên cứu vật lý với hy vọng giúp các kỹ sư phát triển quang điện tử hiệu quả hơn thiết bị hoặc máy tính lượng tử.

Liang Wu và phòng thí nghiệm của ông đang tạo ra dữ liệu để giúp đưa những ý tưởng này và các ý tưởng khác trong lĩnh vực vật liệu lượng tử vào cuộc sống. Là một giáo sư trợ lý tại Khoa Vật lý & Thiên văn của Trường Nghệ thuật và Khoa học tại Penn, Liang Wu tập trung vào các thí nghiệm quang học có thể giúp các nhà khoa học, cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm, đôi khi hiểu được lớp vật liệu này, tạo ra những khám phá mới trong quá trình này.

Phòng thí nghiệm của Liang Wu tiến hành các thí nghiệm quang học để nghiên cứu cách thức ánh sáng tương tác với vật liệu lượng tử. Nhóm đang nghiên cứu các hiệu ứng trong chế độ đáp ứng phi tuyến, trong đó mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra phức tạp hơn để mô hình hóa. 'Quang học là một trong những lĩnh vực mà chúng ta hiểu rõ về các hiệu ứng tuyến tính, nhưng điều thú vị hơn thường là các phản ứng phi tuyến. Thật khó để đối phó nhưng cực kỳ hữu ích ', sinh viên tốt nghiệp Jon Stensberg nói.

Stensberg và sinh viên tốt nghiệp Xingyue Han làm việc trên các tín hiệu terahertz, sóng dưới milimet mà mắt thường không nhìn thấy được. Han, người đã làm luận án đại học với Wu và giúp xây dựng hai thiết lập terahertz tùy chỉnh, sử dụng vật liệu tôpô từ tính để nghiên cứu sự tương tác giữa vật chất và ánh sáng. Công việc này cuối cùng có thể dẫn đến các thiết bị phát và bộ nhớ terahertz hiệu quả hơn, có thể thực hiện nhanh hơn 1.000 lần so với các nền tảng hiện có.

 

Stensberg đang xem xét các tương tác giữa các chất cách điện tôpô và chất siêu dẫn để giúp tạo ra các thiết bị điện toán lượng tử ổn định hơn. Các thiết bị lưu trữ thông tin lượng tử hiện tại rất dễ hỏng, do đó dữ liệu dễ bị mất hoặc bị xáo trộn. Thông qua nghiên cứu cơ bản của mình, Stensberg hy vọng sẽ tìm thấy một vật liệu có thể lưu trữ các trạng thái lượng tử trong các giai đoạn tôpô để có sự ổn định lâu dài hơn.

Một sinh viên tốt nghiệp khác, Zhuoliang Ni, đã xây dựng ba thiết lập quang phi tuyến khác nhau và đang khám phá các tính chất cơ bản của vật liệu tôpô có thể chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện một cách hiệu quả. Một mục tiêu là tìm ra các vật liệu điện tử quang học có thể bật và tắt nhanh hơn, điều này sẽ giúp chúng tiết kiệm năng lượng hơn. Công việc sơ bộ đã tìm thấy một số ứng cử viên có thể, và Wu và Ni hiện đang làm việc với các nhà lý thuyết để phát triển các mô hình mới để hiểu dữ liệu họ đang thu thập.

Joe Qiu, một người quản lý chương trình tại Văn phòng Nghiên cứu Quân đội tài trợ cho công việc của Wu, nói rằng nghiên cứu này có khả năng tạo ra các thiết bị có thể giúp mọi người cảm nhận tốt hơn về môi trường của họ, có thể đặc biệt hữu ích cho nhận thức tình huống của người lính.

Phần lớn thời gian của nhóm dành cho việc sắp xếp và chạy các thí nghiệm quang học, công việc mà Wu nói đòi hỏi rất nhiều thời gian và sự kiên nhẫn 'Đó là một bước nhảy lớn', ông nói về việc tìm hiểu lý thuyết đến thiết lập và chạy thử nghiệm. 'Ban đầu, nó rất chậm; cần có thời gian.'

Wu bắt đầu sự nghiệp học tập của mình như là một chuyên gia kỹ thuật môi trường, người rất quan tâm đến việc giải quyết vấn đề. Muốn đi sâu hơn vào khoa học cơ bản, anh đã thay đổi nghiên cứu của mình sang vật lý để có thể sử dụng toán học để giải quyết vấn đề. 'Vật lý là thứ mà tôi có thể sử dụng toán học rất nhiều, trong một số trường hợp nhất định có thể dẫn đến các ứng dụng', ông nói.

Nghiên cứu của Stensberg về sự tương tác giữa chất cách điện tôpô và chất siêu dẫn được thúc đẩy bởi các ứng dụng điện toán lượng tử. Ông nói rằng cơ hội để làm việc trên các thí nghiệm quang học đầy thách thức là vô cùng bổ ích. 'Chúng ta phải hiểu làm thế nào tất cả của nó hoạt động và làm thế nào tất cả kết hợp với nhau', ông nói về các bảng quang học mà chúng làm việc trong phòng thí nghiệm.

Wu gần đây đã được trao giải thưởng William McMillan 2019 vì những đóng góp của ông cho vật lý vật chất kết tụ. Vài năm sau khi các chất cách điện tôpô được đưa ra giả thuyết đầu tiên, Wu bắt đầu xem xét điện động lực học của chúng. Với một chút may mắn và rất nhiều nỗ lực, ông đã có thể xác định các vật liệu tôpô được gọi là bán kết Weyl, một vật liệu có tính phi tuyến quang lớn, nơi dòng ảnh có thể được tạo ra rất hiệu quả. Kết quả 'quá tốt để thành sự thật' của ông đã chứng minh rất hiệu quả.

Trong vài năm tới, Wu hy vọng sẽ thấy nhóm tập trung vào nghiên cứu vật liệu tôpô cơ bản, mặc dù anh thừa nhận rằng thật khó để biết tương lai sẽ ra sao cho một lĩnh vực trẻ như vậy. 'Khi tôi bắt đầu học cao học, cố vấn tốt nghiệp của tôi nói với tôi rằng đây là một lĩnh vực mới, có rất nhiều cơ hội, nhưng nó cũng có thể chết trong hai năm. Lúc đó tôi không biết nhiều về các thí nghiệm, vì vậy tôi chỉ giữ Làm việc và tôi đã may mắn khi lĩnh vực này thực sự bùng nổ;, Wu nói.

Trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu của họ thực sự bùng nổ nhưng không ồn ào, các. Được trang bị nhiều laser, ống kính, nam châm và các thiết bị đo lường, phòng thí nghiệm dưới tầng hầm của họ.


Khang - IDEASPLUS.VN


 

Content 1 mobi
Content 1
Content 2 mobi
Content 2
Content 9
Content 10
Content 11
Content 12
Content 13
Content 14