مشاهده حالت جدیدی از ماده برای اولین بار

به گزارش نیواطلس، این ماده که توسط محققان دانشگاه "هاروارد" ساخته شده است، "مایع اسپین کوانتومی"(quantum spin liquid) نام گرفته و می‌تواند در نهایت به بهبود رایانه‌های کوانتومی کمک کند.

برای آن که مواد مغناطیسی شوند، اسپین در آن‌ها باید نظم بگیرد. اسپین از خاصیت‌های بنیادی ذرات زیراتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی به‌ شمار می‌آید. نزدیک‌ترین خاصیت کلاسیک به اسپین اندازه‌ حرکت زاویه‌ای است. در رایج‌ترین نوع مغناطیس که به طور مثال در درب یخچال قرار دارد، اسپین همه‌ی الکترون‌ها در ماده در یک جهت قرار دارد. سایر انواع مغناطیس نیز زمانی به وجود می‌آیند که اسپین الکترون‌های حاضر در همسایگی آن‌ها به طور متناوب در الگویی شطرنجی تغییر کند اما در سال ۱۹۷۳، فیلیپ اندرسون(Philip Anderson)، فیزیکدان، نظریه حالتی از ماده را مطرح کرد که "مایع اسپین کوانتومی" نام داشت و از قوانین ذکر شده تبعیت نمی‌کرد. زمانی که این ماده سرد می‌شد به شکل جامد در نمی‌آمد و الکترون‌های آن به شکلی منظم تثبیت نمی‌شدند. در عوض الکترون‌ها دائما در یک حالت کوانتومی پیچیده جابه‌جا می‌شدند و با یکدیگر برهم‌کنش داشتند.

اکنون گروهی از دانشمندان دانشگاه "هاروارد" موفق به ساخت و مشاهده "مایع اسپین کوانتومی" برای اولین بار شده‌اند. آن‌ها برای انجام این کار از شبیه‌سازهای کوانتومی قابل برنامه‌ریزی که چندین سال قبل ساخته بودند، استفاده کردند. این شبیه‌ساز با استفاده از لیزر ۲۱۹ اتم را در یک شبکه معلق می‌کند. ویژگی‌های این اتم‌ها را می‌توان به دقت دستکاری کرد و اسپین الکترون‌های آنها را تغییر داد.

در این مطالعه، محققان اتم‌ها را در یک شبکه مثلثی مرتب کردند. در این حالت هر اتم دو همسایه بی واسطه دارد. یک جفت الکترون می‌توانند در صورتی از نظر مغناطیسی تثبیت شوند که اسپین آن‌ها متناوب یا هم‌جهت باشد اما وجود عنصر سوم این تعادل را برهم می‌زند و "آهن‌ربای باطل"(frustrated magnet) تولید می‌کند که قادر به تثبیت نیست.

"مایع اسپین کوانتومی" به دست آمده چندین پدیده کوانتومی مفید از خود نشان داد. یکی از آنها درهم‌تنیدگی کوانتومی است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که الکترون‌ها در فاصله‌های گسترده برهم‌کنش می‌کنند و حتی اطلاعات را تله‌پورت می‌کنند. پدیده دیگری که این سیال نشان داد برهم‌نهی کوانتومی بود. در این پدیده اتم‌ها قادرند همزمان در چندین حالت قرار داشته باشند. این دو پدیده برای ساخت رایانه‌های کوانتومی که باید در برابر تداخل‌های خارجی مقاوم باشند، مفید است.