מדענים מגלים מצב חדש של חומר: ספין נוזלי קוונטי

פיסיקאים באוק רידג 'המעבדה הלאומית בטנסי ובאוניברסיטת קיימברידג' גילו יחד מצב חדש של חומר. הממצאים פורצי הדרך, שדווחו בכתב העת הטבע, פרט את התצפיות של המדינה ארוכת התיאוריה אך תמיד חמקמק המכונה "נוזל ספין קוונטי" - שבו electrons לכאורה לשבור חלקים קטנים יותר.

"זהו מצב קוונטי חדש של חומר, אשר ניבא אך לא נראתה קודם לכן", אמר יוהנס Knolle, מדען במעבדה של קיימברידג 'Cavendish ואחד של coauthors נייר, במהדורה חדשותית.

כל מי שיש לו ידע בסיסי בפיסיקה יודע שיש שלוש מדינות עיקריות: חומר מוצק, נוזלים וגזים. אנשים בעלי ידע רב יותר עשויים לדעת על שתי המדינות הקלאסיות האחרות: פלזמות (חלקיקים נטענים חופשיים שמרכיבים אירועים גבוהים באנרגיה), וקולואידים ("בתוך betweens" ממציאים שתי מדינות בבת אחת, כמו חמאה).

עם זאת, ישנם יותר מתריסר מדינות אחרות הקיימות, כאלה שניתן לראות רק בקשקשים קטנים מאוד או תחת אירועים פנומנליים מאוד. אחד מהם הוא נוזל ספין קוונטי: מצב כאוטי הדורש הסבר קצת יותר לפני שאתה באמת יכול לקבל את הראש סביב מה שקורה.

על פי מכניקת הקוונטים, כל חלקיק יכול להציג שני סוגים של מומנטום זוויתי. הראשון הוא מומנטום זוויתי מסלולית, והשני הוא ספין. האנלוגיה הגסה של שתי הפעולות הללו היא כוכב לכת המסתובב סביב השמש, ומציג הן מסלול והן סחרור צירית.

כאשר מערכת השיגה סדרה של קוונטים אינטראקציה אינטראקציה, הוא חשב להיות במצב מסולק באותה הדרך המים נוזלי הוא הפרעה בהשוואה קרח מוצק. נוזל ספין קוונטי יש התנהגות דומה, אבל בטמפרטורות נמוכות. במקום לבוא יחד בתבנית אחידה, כגון כדי להביא חומרים יחד במצב מוצק, נתח של חומר זה בספין נוזלי קוונטי ימשיך לפעול באופן קבוע כמו בלגן חם של מרק. למעשה, הפעילות היא כל כך קיצונית, כי חלקיקים למעשה להתפרק. זה סצינה סותרת בדיוק מה הייתם מצפים בסביבות קרות.

במקרה זה, צוות המחקר הבחין בחלקיקי חלקיקים הידועים בשם פרמיונים של מיורנה בחומר דו-מימדי, הדומה לגראפן. מה שהם צפו היה דומה היפותטי ספין הקוונטים נוזלים מודל המכונה מודל Kitaev. התוצאות סוף סוף לאיית את הסוף של 40 שנה בחיפוש אחר מצב זה של החומר.

באופן ספציפי יותר, התצפיות הנוזל הקוונטי החדש ספין לשפוך אור על נכס המכונה פיצול אלקטרונים, אשר יכול לעזור יום אחד בבניית סוגים חדשים של מחשבים קוונטיים שפועלים במהירות רבה יותר מאשר מכונות של היום על ידי עקיפת גבולות של חומרים קונבנציונליים.

פריצת דרך מסוג זה היא עשרות שנים אל העתיד. עם זאת, עצם העובדה שהצלחנו לראות מצב חדש של חומר בבשר היא רק עוד סימן לכך שבני אדם עדיין לא גירדו את פני השטח בהבנת האופן שבו פועל העולם הטבעי.