فريق بحث دولي - بما في ذلك هيلمهولتز زينتروم درسدن روسيندورف (HZDR) - اكتشف حالة كمية يمكن وصفها بهذه الطريقة. تمكن العلماء من تبريد مادة خاصة إلى درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق. ووجدوا أن الخاصية المركزية للذرات - اصطفافها - لم "تتجمد" كالعادة ، لكنها بقيت في حالة "سائلة".
ضمن المواد الكموميةتتفاعل الإلكترونات بكثافة غير عادية ، سواء مع بعضها البعض أو مع ذرات الشبكة البلورية. ينتج عن هذا الارتباط الوثيق تأثيرات كمية قوية تؤثر على المستويات المجهرية والعيانية. هذه الظواهر تعطي المواد الكمومية صفات غير عادية. على سبيل المثال ، في درجات حرارة منخفضة ، يمكنهم حمل الكهرباء دون خسارة. في كثير من الأحيان ، حتى الاختلافات الطفيفة في درجة الحرارة أو الضغط أو الجهد الكهربائي كافية لتغيير سلوك المادة بشكل كبير.
قال البروفيسور يوخن فوسنيتزا من مختبر دريسدن للمغناطيسية عالية المجال (HLD) في HZDR ، "من حيث المبدأ ، يمكن اعتبار المغناطيس أيضًا مواد كمومية ؛ بعد كل شيء ، تعتمد المغناطيسية على السبين الجوهري للإلكترونات في المادة. في بعض النواحي ، يمكن أن تتصرف هذه السبينات كسائل ".
"مع انخفاض درجات الحرارة ، يمكن أن تتجمد هذه الدورات المضطربة ، تمامًا مثل الماء الذي يتجمد في الجليد."
"على سبيل المثال ، أنواع معينة من مغناطيس، ما يسمى بالمغناطيسات الحديدية ، غير مغناطيسية فوق "تجميدها" ، أو بتعبير أدق ، نقطة الطلب. فقط عندما يسقطون تحته يمكنهم أن يصبحوا مغناطيسًا دائمًا ".
في هذه الدراسة ، سعى العلماء لاكتشاف حالة كمية لا يتم فيها ترتيب المحاذاة الذرية المرتبطة بالدوران ، حتى في درجات الحرارة شديدة البرودة - على غرار السائل الذي لن يتصلب ، حتى في البرودة الشديدة.
للوصول إلى هذه الحالة ، استخدم فريق البحث مادة فريدة ، وهي مزيج من البراسيوديميوم والزركونيوم والأكسجين. لقد اعتقدوا أن خصائص الشبكة البلورية في هذه المادة ستسمح لدور الإلكترون بالتفاعل بشكل فريد مع مداراتها حول الذرات.
قال البروفيسور ساتورو ناكاتسوجي من جامعة طوكيو ، "ومع ذلك ، كان الشرط الأساسي هو الحصول على بلورات فائقة النقاء والجودة. استغرق الأمر عدة محاولات ، ولكن في النهاية ، تمكن الفريق من إنتاج بلورات نقية بما يكفي لإجراء تجربتهم: في جهاز التبريد ، وهو نوع من قارورة الترمس الفائقة ، قام الخبراء بتبريد العينة تدريجيًا إلى 20 مللي كلفن - فقط واحد على خمسين درجة. فوق الصفر المطلق. لمعرفة كيف استجابت العينة لعملية التبريد هذه وداخل المجال المغنطيسي، قاموا بقياس مدى تغير طوله. في تجربة أخرى ، سجلت المجموعة كيفية تفاعل البلورة مع الموجات فوق الصوتية التي يتم إرسالها مباشرة من خلالها ".
يصف الدكتور سيرجي زيرليتسين ، خبير HLD في تحقيقات الموجات فوق الصوتية ، "لو تم طلب الدوران ، كان من المفترض أن يتسبب في حدوث تغيير مفاجئ في سلوك البلورة ، مثل تغيير مفاجئ في الطول. ومع ذلك ، كما لاحظنا ، لم يحدث شيء! لم تكن هناك تغييرات مفاجئة في الطول أو الاستجابة لها الموجات فوق الصوتية".
"إن التفاعل الواضح بين السبينات والمدارات قد منع الترتيب ، ولهذا السبب ظلت الذرات في حالتها الكمية السائلة - وهي المرة الأولى التي لوحظت فيها مثل هذه الحالة الكمومية. أكدت التحقيقات الإضافية في المجالات المغناطيسية هذا الافتراض ".
يوخن فوسنيتزا يخمن, "يمكن أن يكون لنتائج البحث الأساسية هذه أيضًا آثار عملية ذات يوم: في مرحلة ما ، قد نتمكن من استخدام الحالة الكمومية الجديدة لتطوير أجهزة استشعار كمومية حساسة. للقيام بذلك ، ومع ذلك ، لا يزال يتعين علينا معرفة كيفية توليد الإثارة في هذه الحالة بشكل منهجي. يعتبر الاستشعار الكمي تقنية واعدة في المستقبل. نظرًا لأن طبيعتها الكمية تجعلها شديدة الحساسية للمنبهات الخارجية ، يمكن لأجهزة الاستشعار الكمومية أن تسجل المجالات المغناطيسية أو درجات الحرارة بدقة أكبر بكثير من أجهزة الاستشعار التقليدية ".
المرجع مجلة:
- Tang ، N. ، Gritsenko ، Y. ، Kimura ، K. et al. الحالة السائلة المدارية الدورانية والانتقال المغنطيسي المغنطيسي للغاز السائل على شبكة بيركلور. نات. Phyس. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01816-4
