علماء يحلون لغزًا كميًا دام عقودًا في سائل السبين

قاد فريق بقيادة عالم الفيزياء في جامعة رايس بينغتشينغ داي ما أكد سلوكًا ناشئًا مشابهًا للفوتونات في مادة سائل سبين كمي. الاكتشاف في أكسيد السيريوم الزركونيوم يثبت وجود ثلج سبين كمي ثلاثي الأبعاد حقيقي. هذا الاختراق يحل لغزًا قديمًا في فيزياء المادة المكثفة.

لطالما حار الفيزيائيون في سلوك سوائل السبين الكمية، وهي مواد تتحدى الترتيب المغناطيسي النموذجي. في دراسة نُشرت في Nature Physics، أكد الباحثون وجود فوتونات ناشئة وإثارات سبين مجزأة في أكسيد السيريوم الزركونيوم (Ce₂Zr₂O₇). بقيادة بينغتشينغ داي، أستاذ سام وهيلين ووردن في الفيزياء والفلك بجامعة رايس، استخدم الفريق تقنيات متقدمة لملاحظة هذه الظواهر عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق.

تحافظ سوائل السبين الكمية على لحظات مغناطيسية مترابطة في حركة مستمرة، متجنبة الأنماط المنتظمة في المغناطيس التقليدي. هذه الحالة تحاكي جوانب من الكهرومغناطيسية الكمية ولها إمكانيات في الحوسبة الكمية ونقل الطاقة الفعال. برز المادة Ce₂Zr₂O₇ كنموذج نقي لثلج سبين كمي ثلاثي الأبعاد.

للكشف عن هذه الإشارات الغامضة، استخدم الباحثون تشتت نيوترونات قطبي، الذي عزل المساهمات المغناطيسية مع تقليل الضوضاء مع انخفاض درجات الحرارة نحو الصفر. كشفت بياناتهم عن إشارات فوتونات ناشئة عند طاقات منخفضة، مما يميز ثلج السبين الكمي عن المراحل المغناطيسية الأخرى. أكدت قياسات الحرارة النوعية ذلك، موضحة أنماط تشتت تشبه موجات الصوت في المواد الصلبة.

"لقد أجبنا على سؤال مفتوح رئيسي بكشف هذه الإثارات مباشرة"، قال داي. "هذا يؤكد أن Ce₂Zr₂O₇ يتصرف كثلج سبين كمي حقيقي."

واجهت الجهود السابقة تحديات من قيود فنية وعينات غير نقية، لكن التحضير المحسن والأجهزة من معامل في أوروبا وأمريكا الشمالية مكن من نتائج أوضح. كما اكتشف الفريق سبينونات، مدعماً التوقعات النظرية.

بين غاو، المؤلف الرئيسي للدراسة وعالم بحث في رايس، أشار إلى التأثير الأوسع: "هذه النتيجة المدهشة تشجع العلماء على النظر أعمق في مثل هذه المواد الفريدة، مما قد يغير فهمنا للمغناطيسات وسلوك المواد في النظام الكمي المتطرف."

يشمل المؤلفون المشاركون خبراء من جامعة تورونتو، جامعة فيينا التقنية، معهد لو-لانجفان، مركز يوليخ، وجامعة روتجرز. جاء التمويل من وزارة الطاقة الأمريكية، مؤسسة غوردون وبيتي مور، ومؤسسة روبرت أ. ويلش.

توفر هذه الملاحظة منصة قوية لاستكشاف المادة الكمية المترابطة وتطبيقاتها التكنولوجية.

مقالات ذات صلة

شهد الباحثون سائلًا فائق التدفق في الغرافين يتوقف عن الحركة، متحولًا إلى حالة فائقة الصلبية: طور كمي يجمع بين النظام الصلبي وتدفق خالٍ من الاحتكاك. هذا الإنجاز، الذي تحقق في غرافين ثنائي الطبقة تحت ظروف محددة، يتحدى الافتراضات الراسخة حول المادة الكمومية. النتائج، المنشورة في مجلة Nature، تمثل أول رصد طبيعي لهذا الطور دون قيود اصطناعية.

من إعداد الذكاء الاصطناعي

كشف باحثون في جامعة TU Wien عن مادة لا يتصرف فيها الإلكترونات كجسيمات متميزة، لكنها لا تزال تظهر خصائص طوبولوجية كان يُعتقد أنها تتطلب مثل هذا السلوك. يتحدى هذا الاكتشاف في المركب CeRu₄Sn₆ افتراضات راسخة في فيزياء الكم. تشير النتائج إلى أن الحالات الطوبولوجية أكثر شمولية مما كان يُعتقد سابقًا.

طوّر فريق من العلماء طريقة جديدة للتلاعب بمواد الكم باستخدام الإكسيتونات، متجاوزين الحاجة إلى ليزرات شديدة. هذا النهج، بقيادة معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا وجامعة ستانفورد، يحقق تأثيرات فلكويت قوية بطاقة أقل بكثير، مما يقلل من خطر تلف المواد. النتائج، المنشورة في Nature Physics، تفتح مسارات نحو أجهزة كم متقدمة.

من إعداد الذكاء الاصطناعي

طور باحثون في مركز ريكين لعلوم المادة الناشئة في اليابان طريقة رائدة لنحت أجهزة نانوية ثلاثية الأبعاد من بلورات فردية باستخدام أشعة أيونات مركزة. من خلال تشكيل هياكل حلزونية من بلورة مغناطيسية، أنشأوا ثنائيات قطب قابلة للتبديل توجه الكهرباء بشكل مفضل في اتجاه واحد. يمكن لهذا النهج الهندسي تمكين إلكترونيات أكثر كفاءة.

 

 

 

يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط

نستخدم ملفات تعريف الارتباط للتحليلات لتحسين موقعنا. اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا سياسة الخصوصية لمزيد من المعلومات.
رفض