حالت جدیدی از ماده در ماده ای دو بعدی یافت شد

گروهی بین المللی از محققان مدارکی از حالت جدید و اسرارآمیزی از ماده یافته اند که نخستین بار 40 سال پیش در ماده ای واقعی وجود آن پیشبینی شده بود. این حالت ماده که به آن مایع اسپین کوانتومی می گویند می تواند الکترونها را که پیش از این غیر قابل تجزیه محسوب می شدند تجزیه کند.

محققان که شامل فیزیکدانانی از دانشگاه کمبریج بودند نخستین نشانه های این ذرات الکترونی را که مایورانا فرمیون نام دارند در ماده ای دو بعدی که ساختاری شبیه گرافین دارد یافتند. نتایج تجربی دانشمندان هم راستا با یکی از مدلهای نظری مهم به نام مدل کیتایف است. این نتایج در نشریه ی مواد طبیعی منتشر شد.

مایعات اسپین کوانتومی حالت مرموزی از مواد هستند که بنظر می رسد در مواد مغناطیسی خاصی مخفی باشند اما تا به حال در طبیعت یافت نشده اند.

مشاهده ی یکی از خارق العاده ترین اتفاقها یعنی تجزیه ی الکترونی که به آن فراکسیونالیزاسیون هم می گویند در مواد واقعی بسیار جالب توجه است. مایورانا فرمیونهای تولید شده را می توان به عنوان بلوک سازنده ی کامپیوترهای کوانتومی به کار گرفت. کامپیوترهای کوانتومی بسیار سریعتر از کامپیوترهای معمولی بوده و قادر به انجام محاسباتی هستند که پیش از این انجام پذیر نبوده است.

دکتر یوهانس کنول از آزمایشگاه کاوندیش دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان مقاله بر این نظر است: “این حالت حالت کوانتومی جدید محسوب می شود. حالتی که پیش از این وجود آن پیش بینی شده بود اما دیده نشده بود.”

در یک ماده ی مغناطیسی عادی الکترونها مانند آهنرباهای میله ای کوچکی عمل می کنند. وقتی این ماده به قدر کافی سرد شد این آهنرباها مسیر یکسانی پیدا می کنند و نتیجتاً تمام آهنرباها در یک جهت قرار می گیرند.

اما در ماده ای که حالت مایع اسپینی در آن موجود باشد حتی اگر ماده تا صفر مطلق سرد شود آهنرباهای میله ای ملغمه ای درهم خواهند شد که تحت تاثیر نوسانات کوانتومی قرار دارند.

دکتر دیمیتری کوریژین یکی از نویسندگان مقاله می گوید: “تا امروز حتی نمیدانستیم امضای یک مایع اسپین کوانتومی به چه شکل خواهد بود. یکی از کارهایی که در تحقیق قبلی کردیم این بود که از خود بپرسیم اگر بر روی مایع اسپینی کوانتومی بررسی کنیم باید انتظار دیدن چه چیزی را داشته باشیم.”

همکاران کنول و کوریژین در این تحقیق دکتر آرناب بانرجی (مدیر پروژه) و دکتر استیفن ناگلر از آزمایشگاه ملی اوکریج آمریکا با استفاده از تکنیک پراکنش نوترونی به دنبال مشاهده ی فراکسیونالیزاسیون در آلفا-روتنیوم کلراید (a-RuCl3) بودند. محققان یاد شده خصایص مغناطیسی پودر a-RuCl3 را با کمک نور نوترونها مورد بررسی قرار دادند و الگوهایی از موجهای تولیدی توسط نوترونها را در زمان پراکنش آنها از نمونه مشاهده نمودند.

یک آهنربای معمولی خطوط تیز مشخصی بر صفحه نمایشگر ظاهر می سازد اما اینکه موجهای حاصل از مایورانا فرمیون در مایع اسپین کوانتومی چه الگویی خواهد داشت مشخص نبود. چیزی که در تحقیق حاضر مشاهده شد منطبق با پیشبینی تئوریک کنول و همکارانش در سال 2014 بود و به جای خطوط تیز، موجی که بر صفحه نقش بست برامدگیهایی عریض بودند که برای اولین بار نشان واضحی از وجود مایع اسپین کوانتومی و تجزیه ی الکترونها در یک ماده ی دو بعدی بود.

کنول در این باره می گوید: “این یکی از معدود حالات کوانتومی شناخته شده ی ماده می باشد.”

کوریژین هم بر این باور است که: “کشف حاضر گام مهمی برای درک ماده ی کوانتومی است. کشف یک حالت کوانتومی جدید که تا به حال مشاهده نشده جالب توجه است و به ما امکان ورود به دنیاهای جدیدی را می دهد.”

منبع: Science Daily