پدیده‌ای جدید و منحصربه‌فرد؛ کشف حالت جدیدی از ماده کوانتومی توسط دانشمندان!

محققان دانشگاه کالیفرنیا ایرواین، به یک حالت ناشناخته از ماده کوانتومی دست یافته‌اند. به گفته این تیم، این کشف می‌تواند راه را برای تولید کامپیوترهایی هموار کند که خودبه‌خود شارژ می‌شوند و می‌توانند در برابر شرایط سخت و شدید اعماق فضا مقاومت کنند.

لوئیس آ. خائورگی، استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه کالیفرنیا، ایرواین و نویسنده مسئول مقاله جدیدی که در مجله Physical Review Letters منتشر شده، در این باره می‌گوید:

این یک فاز جدید از ماده است، درست مثل این که آب می‌تواند به سه حالت مایع، یخ یا بخار وجود داشته باشد. این فاز فقط به صورت تئوری پیش‌بینی شده بود و تا به حال کسی آن را به صورت عملی مشاهده نکرده بود.

این فاز مانند یک سیال رفتار می‌کند که از الکترون‌ها و همتایان آنها (که به آنها «حفره» گفته می‌شود) تشکیل شده است. این ذرات به صورت خودبه‌خودی با یکدیگر جفت می‌شوند و ساختارهای عجیبی به نام اِکسیتون (excitons) را به وجود می‌آورند. در یک اتفاق غیرمنتظره، هم الکترون‌ها و هم حفره‌ها در یک جهت می‌چرخند. خائورگی می‌گوید:

این یک پدیده کاملاً جدید و منحصربه‌فرد است. اگر می‌توانستیم آن را در دست بگیریم، با یک نور درخشان و با فرکانس بالا می‌درخشید.

مواد و شرایط آزمایشگاهی

این فاز جدید در ماده‌ای شناسایی شد که توسط جینیو لیو، پژوهشگر فوق‌دکترا و نویسنده اول این مقاله، در دانشگاه کالیفرنیا ایرواین ساخته شده بود. خائورگی و همکارانش وجود این حالت را با استفاده از میدان‌های مغناطیسی قدرتمند در آزمایشگاه ملی لس آلاموس (LANL) در نیومکزیکو تأیید کردند.

برای ایجاد این حالت کوانتومی غیرعادی، محققان ماده‌ای به نام هافنیوم پنتاتلوراید (hafnium pentatelluride) را در معرض یک میدان مغناطیسی بسیار قوی (تا ۷۰ تسلا) قرار دادند. (برای مقایسه، قدرت یک آهن‌ربای قوی یخچال حدود ۰.۱ تسلا است.) در چنین شرایطی، این ماده تغییر شکل داد و به فاز کوانتومی جدید تبدیل شد.

پیامدهای این کشف برای فناوری‌های آینده

خائورگی توضیح داد که هنگام اعمال میدان مغناطیسی، «توانایی ماده برای هدایت الکتریسیته به طور ناگهانی کاهش می‌یابد که نشان می‌دهد به این حالت عجیب و غریب تبدیل شده است. این کشف از این نظر مهم است که ممکن است به جای بار الکتریکی، سیگنال‌ها توسط اسپین (جهت چرخش ذرات) منتقل شوند و راه جدیدی برای فناوری‌های کم‌مصرف مثل الکترونیک مبتنی بر اسپین یا دستگاه‌های کوانتومی باز شود.»

برخلاف مواد معمولی مورد استفاده در الکترونیک، این ماده کوانتومی جدید تحت تأثیر هیچ نوعی از تشعشعات قرار نمی‌گیرد که آن را به یک گزینه ایده‌آل برای سفر در فضا تبدیل می‌کند.

خائورگی می‌گوید:

این کشف می‌تواند برای مأموریت‌های فضایی بسیار مفید باشد. اگر می‌خواهید کامپیوترهایی داشته باشید که در فضا دوام بیاورند، این یکی از راه‌های دستیابی به آن است.

شرکت‌هایی مانند اسپیس‌ایکس (SpaceX) در حال برنامه‌ریزی برای پروازهای فضایی با سرنشین به مریخ هستند و برای انجام این کار به شکل مؤثر، به کامپیوترهایی نیاز است که بتوانند دوره‌های طولانی قرار گرفتن در معرض تشعشعات را تحمل کنند.

او در پایان اضافه کرد:

ما هنوز نمی‌دانیم که در نتیجه این کشف چه امکاناتی به روی ما گشوده خواهد شد.

منبع: Scitechdaily