ทีมวิจัยระดับนานาชาติ- รวมทั้ง Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)- ได้ค้นพบสถานะควอนตัมที่สามารถอธิบายได้ในลักษณะนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถทำให้วัสดุพิเศษเย็นลงจนมีอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ได้ พวกเขาพบว่าคุณสมบัติใจกลางของอะตอม - การจัดเรียงตัวของพวกมัน - ไม่ได้ "แข็งตัว" ตามปกติ แต่ยังคงอยู่ในสถานะ "ของเหลว"
ภายใน วัสดุควอนตัมอิเล็กตรอนมีปฏิกิริยาโต้ตอบกับความเข้มที่ผิดปกติทั้งต่อกันและอะตอมของโครงตาข่ายคริสตัล การเชื่อมต่อที่ใกล้ชิดนี้ก่อให้เกิดผลกระทบควอนตัมที่มีศักยภาพซึ่งส่งผลต่อระดับจุลทรรศน์และระดับมหภาค ปรากฏการณ์เหล่านี้ทำให้วัสดุควอนตัมมีคุณสมบัติพิเศษเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ที่อุณหภูมิต่ำ พวกมันสามารถนำพาไฟฟ้าได้โดยไม่สูญเสียข้อมูล บ่อยครั้ง การแปรผันของอุณหภูมิ ความดัน หรือแรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของวัสดุอย่างมีนัยสำคัญ
ศาสตราจารย์ Jochen Wosnitza จากห้องปฏิบัติการแม่เหล็กสนามสูงเดรสเดน (HLD) ที่ HZDR กล่าวว่า “โดยหลักการแล้ว แม่เหล็กยังถือได้ว่าเป็นวัสดุควอนตัม ท้ายที่สุดแล้ว อำนาจแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับการหมุนของอิเล็กตรอนในวัสดุ ในบางแง่ การหมุนเหล่านี้อาจมีพฤติกรรมเหมือนของเหลว”
“เมื่ออุณหภูมิลดลง การหมุนที่ไม่เป็นระเบียบเหล่านี้สามารถแข็งตัวได้ เหมือนกับน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็ง”
“ยกตัวอย่างบางประเภท แม่เหล็กที่เรียกว่าเฟอร์ริกแม่เหล็กนั้นไม่มีความเป็นแม่เหล็กเหนือจุด "เยือกแข็ง" หรือที่เจาะจงกว่านั้นคือจุดสั่งซื้อ เมื่อมันตกลงมาด้านล่างเท่านั้นที่พวกมันจะกลายเป็นแม่เหล็กถาวร”
ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์พยายามค้นพบสถานะควอนตัมซึ่งการจัดตำแหน่งอะตอมที่เกี่ยวข้องกับการหมุนไม่ได้เรียงตามลำดับ แม้แต่ในอุณหภูมิที่เย็นจัด ซึ่งคล้ายกับของเหลวที่จะไม่แข็งตัว แม้จะอยู่ในที่เย็นจัดก็ตาม
ทีมวิจัยได้ใช้สารที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ซึ่งเป็นส่วนผสมของเพรซีโอไดเมียม เซอร์โคเนียม และออกซิเจน เพื่อให้บรรลุถึงสภาวะนี้ พวกเขาเชื่อว่าลักษณะของโครงตาข่ายคริสตัลในวัสดุนี้จะทำให้อิเล็กตรอนหมุนตัวมีปฏิกิริยาเฉพาะกับวงโคจรของพวกมันรอบอะตอม
ศาสตราจารย์ ซาโตรุ นาคัตสึจิ แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว กล่าวว่า “สิ่งที่จำเป็นต้องมีคือการมีคริสตัลที่มีความบริสุทธิ์และคุณภาพขั้นสุด ต้องใช้ความพยายามหลายครั้ง แต่ในที่สุด ทีมงานก็สามารถผลิตผลึกที่บริสุทธิ์เพียงพอสำหรับการทดลองของพวกเขา: ในตู้แช่แข็งซึ่งเป็นกระติกน้ำร้อนขนาดใหญ่ ผู้เชี่ยวชาญค่อยๆ ทำให้ตัวอย่างเย็นลงเหลือ 20 มิลลิเคลวิน หรือเพียงหนึ่งในห้าสิบขององศา เหนือศูนย์สัมบูรณ์ เพื่อดูว่าตัวอย่างตอบสนองต่อกระบวนการทำความเย็นนี้และภายในตัวอย่างอย่างไร สนามแม่เหล็กพวกเขาวัดความยาวที่เปลี่ยนไป ในการทดลองอื่น กลุ่มนี้ได้บันทึกว่าคริสตัลมีปฏิกิริยาอย่างไรต่อคลื่นอัลตราซาวนด์ที่ถูกส่งผ่านโดยตรง"
ดร. Sergei Zherlitsyn ผู้เชี่ยวชาญด้านการตรวจอัลตราซาวนด์ของ HLD อธิบายว่า “หากมีการสั่งการหมุน มันน่าจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในพฤติกรรมของคริสตัล เช่น ความยาวที่เปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน แต่อย่างที่เราสังเกตก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น! ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในความยาวหรือการตอบสนองต่อ คลื่นอัลตราซาวนด์".
“การทำงานร่วมกันอย่างเด่นชัดของการหมุนและวงโคจรทำให้ไม่สามารถเรียงลำดับได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมอะตอมจึงยังคงอยู่ในสถานะควอนตัมของเหลว – เป็นครั้งแรกที่มีการสังเกตสถานะควอนตัมเช่นนี้ การตรวจสอบเพิ่มเติมในสนามแม่เหล็กยืนยันสมมติฐานนี้”
โยเชน วอสนิตซ่า ผลตอบแทน, “ผลการวิจัยขั้นพื้นฐานนี้อาจมีผลกระทบในทางปฏิบัติในวันหนึ่ง: ในบางจุด เราอาจสามารถใช้สถานะควอนตัมใหม่เพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์ควอนตัมที่อ่อนแอได้ อย่างไรก็ตาม ในการทำเช่นนี้ เรายังคงต้องหาวิธีสร้างการกระตุ้นในสภาวะนี้อย่างเป็นระบบได้อย่างไร การตรวจจับควอนตัมถือเป็นเทคโนโลยีที่มีอนาคต เนื่องจากธรรมชาติของควอนตัมทำให้พวกมันไวต่อสิ่งเร้าภายนอกอย่างมาก เซ็นเซอร์ควอนตัมจึงสามารถบันทึกสนามแม่เหล็กหรืออุณหภูมิได้อย่างแม่นยำมากกว่าเซ็นเซอร์ทั่วไป”
การอ้างอิงวารสาร:
- Tang, N. , Gritsenko, Y. , Kimura, K. และคณะ สถานะของเหลวหมุน-วงโคจร และการเปลี่ยนแปลงทางเมตาแมกเนติกของของเหลว-ก๊าซบนตาข่ายไพโรคลอร์ แนท. ฟีส. (2022) ดอย: 10.1038/s41567-022-01816-4
