دانشمندان معمای چندین دهه‌ای مایع چرخش کوانتومی را با پیشرفتی مغناطیسی حل کردند
یک تیم از پژوهشگران پیشرفتی بزرگ در زمینه مواد کوانتومی داشته‌اند.
«برای اولین بار یک مسیر جدید برای مواد با ویژگی‌های مغناطیسی پیچیده و 'نامرتب' در سطح کوانتوم تولید شده است» دانشمندان دانشگاه بیرمنگام اعلام کردند.
این ماده بر مبنای چارچوبی از روتنیم، شرایط حالت «کیتایف مایع چرخشی کوانتومی» - پدیده‌ای ناگریز که دانشمندان دهه‌ها تلاش کرده‌اند آن را بفهمند - را برآورده می‌کند.
این ماده ویژگی‌های «مایع چرخشی کوانتومی» را نشان می‌دهد، حالتی از ماده با کاربردهای بالقوه در فناوری‌های آینده.
رفتار متمایز مایعات چرخشی کوانتومی
در آهنرباهای معمولی، چرخش الکترون‌ها در یک جهت یکنواخت همسان می‌شود. اما در مایع چرخشی کوانتومی، چرخش‌های الکترون‌ها همسان نمی‌شود.
«به جای ویژگی‌های خوب مرتب شده در فرومغناطیس‌ها، این مواد نامرتب بوده و الکترون‌های درون آن‌ها از طریق فرآیندی به نام درهم‌تنیدگی کوانتومی به هم متصل می‌شوند»، اضافه کرد این بیانیه مطبوعاتی.
این رفتار توسط درهم‌تنیدگی کوانتومی، پدیده‌ای که سرنوشت الکترون‌های فردی به هم گره می‌خورد، هدایت می‌شود.
دانشمندان سال‌ها مدل‌های نظری برای توصیف مایعات چرخشی کوانتومی ساخته‌اند. با این حال، ساخت این مواد در آزمایشگاه چالشی بوده است.
این به این دلیل است که در بیشتر مواد، چرخش الکترون‌ها تمایل به تصفیه به حالت مرتب دارد، مشابه همسان شدنی که در آهنرباهای متداول مشاهده می‌شود.
ساخت ماده جدید
برای غلبه بر این چالش، دانشمندان دانشگاه بیرمنگام از عنصر روتنیم برای ساخت ماده جدید خود استفاده کردند. آن‌ها اتم‌های روتنیم را در پیکربندی خاصی قرار دادند، و چارچوبی باز ایجاد کردند.
این ساختار از تثبیت الکترون‌ها به حالت مرتب متداول جلوگیری کرد. در عوض، الکترون‌ها در این ماده رفتار درهم‌تنیده و متغیر مشخص ویژگی‌های مایع چرخشی کوانتومی را نشان دادند.
«این کار گام واقعاً مهمی در درک این است که چگونه می‌توانیم مواد جدیدی مهندسی کنیم که به ما امکان دسترسی به حالات کوانتومی ماده را می‌دهد»، دکتر لوسی کلارک، محقق اصلی ادعا کرد.
برای تأیید یافته‌های خود، دانشمندان از تجهیزات تخصصی در منبع نوترون و میون ISIS و منبع نور الماس استفاده کردند.
«پژوهشگران قادر بودند نشان دهند که ماده جدیدی با ساختار چارچوب باز می‌تواند تعاملات بین یون‌های فلزی روتنیم را تنظیم کند، و راهی جدید برای حالت کیتایف مایع چرخشی کوانتومی فراهم می‌کند»، توضیح داد این بیانیه.
اهمیت بالا کشف
این کشف گامی قابل توجه به جلو در تحقیقات مواد کوانتومی است.
«این یک خانواده بزرگ از مواد را باز می‌کند که تاکنون کمتر کاوش شده‌اند و می‌تواند سرنخ‌های مهمی درباره اینکه چگونه می‌توانیم ویژگی‌های مغناطیسی جدیدی برای کاربردهای کوانتومی مهندسی کنیم به ما بدهد»، دکتر کلارک گفت.
این دانش ممکن است نهایتاً به توسعه فناوری‌های جدیدی در زمینه‌هایی مانند محاسبات کوانتومی و ذخیره سازی داده‌ها منجر شود.
«در حالی که این کار به ماده کیتایف کامل نرسیده است، پلی مفید بین نظریه در این زمینه و آزمایش‌ها ایجاد کرده و نواحی مثمر ثمر جدیدی برای تحقیق باز کرده است»، دکتر کلارک نتیجه‌گیری کرد.
این مطالعه در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.
