مشاهده مغناطیس تکبعدی در ترکیب فلزی تیتانیوم-منگنز-بزموت؛ گشایشی در فیزیک کوانتومی

مشاهده مغناطیس تکبعدی در ترکیب فلزی تیتانیوم-منگنز-بزموت؛ گشایشی در فیزیک کوانتومی, دانشمندان تا پیش از این تنها از وجود عایقهایی با ویژگی مغناطیسی تکبعدی آگاه بودند، اما محققان اخیراً یک مغناطیس تکبعدی منحصر به فرد را در ترکیب فلزی ₄₂ شناسایی کردهاند. این کشف که در مجله معتبر نیتچر متریالز منتشر شده، دومین نمونه فلزی شناختهشده با این خاصیت است.

یک کلاس تازه از مواد کوانتومی فلزی میگان آرونسون، استاد مؤسسه ماده کوانتومی بلوسون (UBC QMI) و از نویسندگان مطالعه، بیان میکند ما وجود یک کلاس نوین از مواد کوانتومی را اثبات کردیم که هم فلزی هستند و هم آهنربای یکبعدی، با جفتشدن قوی میان گشتاورهای مغناطیسی و بستر فلزی میزبان. این یافته شواهدی از یک فضای حالت جدید فراهم میکند که در فیزیک برای توصیف تمام حالتهای ممکن یک سامانه به کار میرود.

ویژگی منحصر به فرد ترکیب ₄₂ تنها ماده فلزی دیگر با مغناطیس تکبعدی اثباتشده، ₂₂ بود. اما ₄₂ اولین ترکیب است که مغناطیسیت آن به شدت با ماهیت فلزی خود گره خورده است و این ویژگی آن را واقعاً بینظیر میسازد. محققان زنجیرههای اسپین در این ماده را با استفاده از پراکندگی نوترون و شبیهسازیهای رایانهای پیشرفته بررسی کردند. زنجیره اسپین مجموعهای از آهنرباهای ریز است که به گونهای چیده شدهاند تا به راحتی بر یکدیگر تأثیر بگذارند.

در مواد سهبعدی معمول، دماهای پایین باعث برپایی ساختارهای مرتب میشود، اما سامانههایی مانند ₄₂ تحت تسلط نوسانات کوانتومی قرار دارند و در یک ساختار ثابت گیر نمیکنند. تعاملهای نامنظم و رقابتی میان اسپینها از همترازی آسان جلوگیری کرده و حالتهای مغناطیسی پیچیدهای را شکل میدهند که تنها در دمای صفر مطلق وجود دارند.

آستانهای برای شبیهسازی کوانتومی و اسپینترونیک آرونسون تأکید میکند که اثبات وجود این حد وسط، قدم مهمی در جهت شکلگیری یک چشمانداز کوانتومی گسترده برای اکتشاف است. تطابق عالی میان آزمایش و تئوری محاسباتی میتواند معیاری برای پیشبرد شبیهسازیهای کوانتومی عمل کند. دادههای پراکندگی نوترونی نیز امکان مقایسه نتایج واقعی با مدلهای نظری درهمتنیدگی کوانتومی را فراهم میآورد.

آلبرتو نوسرا، از محققان دیگر، میافزاید کار ما بستر آزمایشی ایدهآلی برای نمایش مزیتهای کوانتومی در چارچوب شبیهسازی آنالوگ کوانتومی است و میتواند برای گسترش حافظههای مغناطیسی با چگالی و شدت بالا سودمند باشد. این مواد میتوانند پایه پیشرفت در اسپینترونیک (استفاده از اسپین الکترون برای پردازش دادهها) و ساخت دستگاههای حافظه سریعتر و کارآمدتر باشند.

آمادگی برای مراحل بعدی تحقیق تیم تحقیقاتی تاکنون ۱۰۰ دسته از بلورهای ₄₂ را تکمیل کرده و ۴۰۰ دسته دیگر در حال شکلگیری هستند که در آزمایشهای آتی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.