کشف جدید ماده کوانتومی فلزی با مغناطیس یک‌بعدی
به گزارش پردیس هوش مصنوعی و نوآوری دیجیتال ایران؛ دانشمندان با شکستن موانع در فیزیک ماده چگال، ماده فلزی Ti₄MnBi₂ را کشف کردند که مغناطیس یک‌بعدی را به نمایش می‌گذارد.تا کنون، تنها عایق‌ها این نوع خاص از مغناطیس یک‌بعدی را نشان داده بودند.
میگان آرونسون، یکی از پژوهشگران و استاد مؤسسه کوانتومی بلوسون (UBC Blusson QMI)، اظهار کرد: ما وجود یک کلاس جدید از مواد کوانتومی را اثبات کردیم که هم فلزی هستند و هم مغناطیس‌های یک‌بعدی، با پیوند قوی بین گشتاورهای مغناطیسی و میزبان فلزی آن‌ها.
زنجیره اسپین یک آرایش یک‌بعدی از مغناطیس‌های کوچک، به نام اسپین‌ها، است که با یکدیگر تعامل دارند. برخلاف سیستم‌های سه‌بعدی که در دماهای غیرصفر مرتب می‌شوند، سیستم‌های یک‌بعدی مانند Ti₄MnBi₂ به دلیل نوسانات کوانتومی قوی که بر اکثر کمیت‌های قابل اندازه‌گیری غالب هستند، ترتیب واقعی پیدا نمی‌کنند.
یافته‌های علمی
در مدل ویژه، اسپین‌ها در Ti₄MnBi₂ به الگوهای ساده‌ای تثبیت نمی‌شوند، زیرا تعاملات آن‌ها «ناکام» است. آن‌ها به گونه‌ای رقابت می‌کنند که از هم‌ترازی آسان جلوگیری می‌کند. این امر حالت‌های مغناطیسی پیچیده‌ای را ایجاد می‌کند که تنها در دمای صفر مطلق وجود دارند و مغناطیس یک‌بعدی را در یک ترکیب فلزی تأیید کرد.
آرونسون توضیح داد: با اثبات وجود این حد میانی، Ti₄MnBi₂ گامی مهم به سوی ایجاد یک چشم‌انداز کوانتومی گسترده و آماده برای کاوش ارائه می‌دهد. ممکن است تطابق عالی بین آزمایش و نظریه محاسباتی که ما نشان داده‌ایم، به عنوان معیاری برای شبیه‌سازی‌های کوانتومی عمل کند.
نتایج این مطالعه می‌تواند تأثیرات گسترده‌ای داشته باشد. به عنوان مثال، داده‌های پراکندگی نوترونی ممکن است به مقایسه نتایج واقعی با مدل‌های نظری مختلف درهم‌تنیدگی کوانتومی، که مفهومی کلیدی در فناوری‌های کوانتومی است، کمک کند.
کاربردها و آینده
آلبرتو نوچرا، یکی از نویسندگان مطالعه و دانشمند در UBC Blusson QMI، گفت: کار ما یک بستر آزمایشی ایده‌آل برای نمایش مزیت کوانتومی در چارچوب شبیه‌سازی آنالوگ کوانتومی ارائه می‌دهد. همچنین بینش‌هایی ارائه می‌کند که می‌تواند برای توسعه حافظه‌های مغناطیسی منحصربه‌فرد با چگالی و سرعت بالا مفید باشد.
پژوهشگران تاکنون ۱۰۰ دسته از کریستال‌های Ti₄MnBi₂ را تولید کرده‌اند و ۴۰۰ دسته دیگر در حال تولید است. این کریستال‌ها در آزمایش‌های بعدی استفاده خواهند شد.
Ti₄MnBi₂ تنها دومین ماده فلزی شناخته‌شده با مغناطیس یک‌بعدی اثبات‌شده است (دیگری Yb₂Pt₂Pb نام دارد). همچنین اولین ماده‌ای است که مغناطیس آن به شدت با ماهیت فلزی‌اش مرتبط است، که آن را واقعاً منحصربه‌فرد می‌کند. این مطالعه در مجله Nature Materials منتشر شده است.