کشف حالت کوانتومی جدیدی که رسانایی مواد را یک میلیارد درصد افزایش می‌دهد

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، گروهی از فیزیک‌دانان «جورجیا تک» حالت کوانتومی جدیدی را در یک ماده عجیب و غریب کشف کردند که می‌تواند به الگوی جدیدی برای تولید دستگاه‌های کوانتومی و ابررسانا‌ها تبدیل شود. در پدیده‌ای که قبلاً در هیچ چیز دیگری دیده نشده بود، محققان دریافتند که اعمال میدان مغناطیسی رسانایی الکتریکی ماده را تا یک میلیارد درصد افزایش می‌دهد.

برخی از مواد شناخته شده اند که رسانایی خود را در پاسخ به یک میدان مغناطیسی تغییر می‌دهند، خاصیتی که مقاومت مغناطیسی نامیده می‌شود. اما در مطالعه جدید، این ماده به میزان باورنکردنی مقاومت مغناطیسی عظیمی را از خود نشان می‌دهد.

هاکانی، دانشجوی فارغ التحصیل رشته فناوری جورجیا، که نقش کلیدی در توسعه این نظریه داشت می‌گوید: «از آنجایی که این مطالب با هیچ مدل قبلی مطابقت نداشت، ما مجبور شدیم ایده‌های جدیدی برای درک آن ایجاد کنیم. این ایده‌های جدید به ما کمک می‌کند تا مواد مرتبطی را که می‌توانند برای دستگاه‌های میدان مغناطیسی نسل بعدی مورد استفاده قرار گیرند، مطالعه کنیم.»

این ماده آلیاژی از سلول‌های هشت ضلعی منگنز، سیلیکون و تلوریم است که به شکل لانه زنبوری آرایش یافته اند و در صفحات روی هم چیده شده اند. الکترون‌ها در خارج از آن هشت ضلعی حرکت می‌کنند، اما وقتی میدان مغناطیسی اعمال نشود، در جهت‌های تصادفی حرکت می‌کنند و باعث ترافیک می‌شوند. این به طور موثر باعث می‌شود که ماده مانند یک عایق عمل کند.

اما هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال می‌شود، الکترون‌ها شروع به حرکت در جهت تعیین شده می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت جریان پیدا کنند و جریان الکتریکی تولید کنند. این فرایند آن را به یک رسانای بسیار مؤثر تبدیل می‌کند  در واقع، این افزایش ۷ برابری در رسانایی است. به بیان دیگر، این افزایش یک میلیارد درصدی است.

جالب‌تر از همه، این است که این کلید تنها در صورتی کار می‌کند که میدان مغناطیسی عمود بر سطح ماده اعمال شود. در تمام مواد شناخته شده دیگری که مقاومت مغناطیسی نشان می‌دهند، زاویه میدان مغناطیسی تفاوتی در قدرت اثر ایجاد نمی‌کند.

ایتامار کیمچی، نویسنده این مطالعه می‌گوید: «این پدیده با تمام مدل‌های نظری و سوابق تجربی موجود مخالفت می‌کند.»

در آزمایش‌های دیگر، محققان دریافتند که سوئیچ را می‌توان با اعمال جریان الکتریکی نیز راه‌اندازی کرد. این کار کندتر اتفاق می‌افتد و چند ثانیه یا چند دقیقه طول می‌کشد تا انتقال انجام شود.

محققان می‌گویند که نسخه دوم می‌تواند سریع‌تر برای دستگاه‌های کوانتومی مانند رایانه‌ها، حسگر‌ها و سیستم‌های ارتباطی قابل استفاده باشد. اما قبل از آن، تحقیقات بیشتری برای درک بهتر این حالت کوانتومی جدید و بررسی مواد دیگری که ممکن است به همین روش عمل کنند، باید انجام شود.

هاکانی می‌گوید: با نگاه به آینده، ما امیدواریم که نه تنها بفهمیم چه چیزی این ماده را خاص می‌کند، بلکه همچنین متوجه شویم که چه مواد میکروسکوپی برای مواد مرتبط برای تبدیل شدن به فناوری‌های کوانتومی مفید در آینده ما مورد نیاز است.

این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.