Fizičari otkrivaju znakove neuhvatljivog oblika magnetizma predviđenog prije 50 godina

Fizičari otkrivaju znakove neuhvatljivog oblika magnetizma predviđenog prije 50 godina

Davne 1966. godine japanski fizičar Yosuke Nagaoka smislio je neobičan novi mehanizam koji bi mogao izazvati feromagnetizam – fenomen koji pokreće magnete.

Njegova ideja imala je smisla u teoriji, ali nikada nije primijećena u prirodnim materijalima. Sada imamo prve znakove da se to događa u laboratoriju.

Još jednom smo za otkriće dužni kvantnoj fizici. Znanstvenici su uspjeli stvoriti ono što oni nazivaju 'eksperimentalnim potpisima' feromagnetizma Nagaoka (kako se to počelo nazivati) u strogo kontroliranom, po mjeri izrađenom kvantnom električnom sistemu.

Iako je prerano za upotrebu ove nove postavke magnetizma u praksi, otkriće sugerira da je Nagaokijevo 54-godišnje predviđanje tačno; a to bi moglo imati veliki utjecaj na to kako će se kvantni sustavi budućnosti razvijati.

“Rezultati su bili kristalno jasni: pokazali smo feromagnetizam”, kaže kvantni fizičar Lieven Wandersiepen sa Univerziteta za tehnologiju Delft u Holandiji.

“Kad smo počeli raditi na ovom projektu, nisam bio siguran da li će eksperiment biti moguć, jer se fizika toliko razlikuje od svega što smo ikada proučavali u našoj laboratoriji.”

Feromagnetizam je najlakši zamisliti pomoću dječje puzzle igre u koju umetnete klizne blokove u crtež. U ovoj analogiji, svaki blok predstavlja elektron sa svojim spinom ili poravnanjem.

Nagaokeov feromagnetizam je u obliku slagalice, sa svim okretajima poravnatim udesno. (Scixel de Groot za QuTech)

Kada se elektroni poravnaju u jednom pravcu, stvara se magnetno polje. Nagaoka je opisao neku vrstu idealne verzije putujućeg feromagnetizma, u kojoj se elektroni mogu slobodno kretati dok materijal ostaje magnetni.

U Nagaoki verziji slagalice, svi elektroni su poredani u istom smjeru, što znači da, iako se dijelovi slagalice miješaju, magnetizam sustava u cjelini ostaje konstantan.

Budući da je miješanje elektrona (ili mozaika) irelevantno za ukupnu konfiguraciju, sustav zahtjeva manje energije.

Da bi pokazali Nagaokin feromagnetizam na djelu, naučnici su zapravo izgradili dvodimenzionalnu dvodimenzionalnu rešetku kvantnih tačaka, malenih poluprovodničkih čestica koje bi potencijalno mogle formirati kvantne računare nove generacije.

Čitav sistem je ohlađen na skoro apsolutnu nulu (-272,99 ° C ili -459,382 ° F), a zatim su tri elektrona zarobljena u njemu (jedan blok slagalice je ostao prazan). Sljedeći korak bio je pokazati da se mreža ponaša poput magneta, kako je predložio Nagaoka.

“Koristili smo vrlo osjetljiv električni senzor koji je mogao dekodirati orijentaciju spina elektrona i pretvoriti ga u električni signal koji bismo mogli izmjeriti u laboratoriji”, kaže kvantni fizičar Udittendu Muhopadhyay s Tehničkog univerziteta u Delftu.

Senzor je pokazao da je sistem ultra malih supersenzitivnih kvantnih tačaka zaista poravnao elektronske spinove, kako se očekivalo, prirodno preferirajući najniže energetsko stanje.

Ranije opisan kao jedan od najtežih problema u fizici, ovo je značajan korak naprijed u našem razumijevanju i magnetizma i kvantne mehanike, pokazujući da je dugogodišnja ideja o tome kako feromagnetizam djeluje na nanorazmjernom polju zaista istinita.

U budućnosti, otkriće bi trebalo da pomogne u razvoju vlastitih kvantnih računara, uređaja sposobnih za izvođenje računanja izvan naše trenutne tehnologije.

“Ovi sustavi omogućuju vam proučavanje problema koji su suviše složeni za rješavanje najnaprednijim superračunarom, poput složenih kemijskih procesa”, kaže Vanderspen.

“Eksperimentalni eksperimenti poput realizacije Nagaoke feromagnetizma pružaju važne smjernice za razvoj kvantnih računara i simulatora budućnosti.”

Studija je objavljena u časopisu Nature.

Izvori: Foto: Sofía Navarrete i María Mondragón De la Sierra za QuTech

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: