به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، دانشگاه راتگرز، فیزیکدانان این دانشگاه حالت جدیدی از ماده را در مرز دو ماده عجیب کوانتومی کشف کردهاند که «کریستال مایع کوانتومی» نام گرفته است. این کشف میتواند چشمانداز تازهای برای ساخت حسگرهای بسیار حساس کوانتومی و دستگاههای کوانتومی پیشرفته گشاید.
در این پژوهش که در شماره اخیر Science Advances منتشر شد، تیمی به سرپرستی جک چاخالیان از گروه فیزیک و اخترشناسی، رفتار الکترونها را در هتروساختاری از نیمههادی «ویِل» و ماده مغناطیسی «اسپینآیس» بررسی کردند، هر یک از این مواد به تنهایی خواص منحصربهفردی دارند؛ ویِلسمیها جریان الکتریکی را با سرعت فوقالعاده و بدون اتلاف انرژی به دلیل وجود شبهذرات رِلِیتیویستی به نام فِرمیونهای ویِل هدایت میکنند، و اسپینآیسها آرایش نامرتب لحظات مغناطیسی را شبیه ساختار مولکولهای آب در یخ به نمایش میگذارند.
محققان با قراردادن لایههای اتمی ویِلسمی و اسپینآیس در مجاورت یکدیگر و اعمال میدان مغناطیسی بسیار قوی در آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالا (MagLab) در تالاهاسی فلوریدا، مشاهده کردند که در مرز این دو ماده الگوهای جدیدی از هدایت الکتریکی به وجود میآید. در این ناحیه، الکترونها نهتنها جهتهای جریان را به شش ناحیه با هدایت کم تقسیم کردند، بلکه با افزایش میدان مغناطیسی، ناگهان در دو جهت مخالف به جریان افتادند—نشانهای از «شکست تقارن دورانی» که پیشتر در هیچ ساختار بلوری مشاهده نشده بود.
سونگ-چی وو، نویسنده اول مقاله و فارغالتحصیل خرداد ماه گذشته دوره دکتری در راتگرز، میگوید «ما دریافتیم که این کریستال مایع کوانتومی، قوانینی فراتر از حالتهای معمولی ماده دارد و این الگوهای مارپیچی و شکست تقارن، پنجرهای نو به دنیای کوانتومی میگشایند.»
با کمک مدلسازی نظریِ تیم جِددیا پیکسلِی و یوقینگ چانگ، پژوهشگران توانستند مکانیسم این شکست تقارن و شکلگیری فاز جدید کوانتومی را توضیح دهند، آنها نشان دادند که تعامل قوی بین بارها و لحظات مغناطیسی در مرز دو ماده، موج ایستای کوانتومی پدید میآورد که از ویژگیهای «مایعکریستالمانند» برخوردار است.
این کشف فراتر از جنبه نظری، کاربردهای عملی نیز بهدنبال دارد؛ چرا که با کنترل دقیق جهت و شدت جریان الکترونها در این حالت، میتوان حسگرهایی ساخت که کوچکترین تغییرات میدان مغناطیسی را در شرایط سخت و میدانهای بسیار بالا نیز اندازهگیری کنند. چنین حسگرهایی نه تنها در فیزیک نجومی و کاوشهای فضایی کاربرد دارند، بلکه میتوانند در صنعت پزشکی کوانتومی و مخابرات امن کوانتومی نیز تحولآفرین باشند.
پژوهشگران اکنون در نظر دارند اثرات دما، فشار و چرخش لایهها را روی این کریستال مایع کوانتومی بررسی کنند و در گام بعدی، رفتار مشابه را در هتروساختارهای دیگر از جمله نیمههادیهای تاپولوژیک و اَبَرمادههای مغناطیسی پیگیری کنند. چاخالیان در پایان تأکید کرد که «این تازه آغاز مسیر است و دنیای گستردهای از فازهای کوانتومی در انتظار کشف شدن است.»
نظر شما