آیا نظم مغناطیسی پنهان، راز ابررسانایی دما بالا را فاش میکند؟
مروری کوتاه بر خبر
- کشف نظم مغناطیسی ظریف در فاز “شبهگاف” با استفاده از شبیهساز کوانتومی اتمهای فوقسرد.
- این یافته میتواند کلید درک سازوکارهای ابررسانایی دما بالا باشد.
- آزمایشها بر پایه مدل فرمی-هابرد و با ثبت بیش از ۳۵ هزار تصویر میکروسکوپی انجام شد.
- همبستگیهای مغناطیسی اندازهگیری شده شامل ساختارهای چندذرهای (تا پنج ذره) بود.
- این پژوهش حاصل همکاری بینالمللی فیزیکدانان تجربی و نظری است.
کشف نظم مغناطیسی پنهان در فاز “شبهگاف” مواد، گامی مهم در جهت توضیح ابررسانایی غیرمتعارف به شمار میرود. این یافته از آزمایشهایی با شبیهساز کوانتومی اتمهای فوقسرد لیتیوم به دست آمده و در نشریه PNAS منتشر شده است.
چالش دیرینه ابررسانایی
دهههاست که ابررسانایی، بهویژه در دماهای نسبتاً بالا، به دلیل پتانسیل دگرگونکنندهاش در فناوریهایی مانند انتقال برق و رایانش کوانتومی مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، سازوکار دقیق شکلگیری آن هنوز بهطور کامل درک نشده است. در بسیاری از ابررساناهای دما بالا، حالت ابررسانایی مستقیماً از یک فلز معمولی پدیدار نمیشود، بلکه ماده از یک فاز میانی مرموز به نام “شبهگاف” عبور میکند.
مغناطیس و اثر شگفتآور دوپینگ
در حالت عادی، الکترونها در یک ماده تمایل به سازمانیافتن در یک الگوی مغناطیسی منظم پادفرومغناطیس دارند. برای سالها تصور میشد که حذف الکترونها (دوپینگ) این نظم برد بلند را بهطور کامل از بین میبرد. اما پژوهش جدید نشان میدهد در دماهای بسیار پایین، شکلی ظریف از سازمانیافتگی مغناطیسی در زیر آشفتگی ظاهری باقی میماند.
رصد پدیدههای کوانتومی با اتمهای فوقسرد
تیم پژوهشی برای بررسی این رفتار، از مدل نظری فرمی-هابرد استفاده کرد و آن را با اتمهای لیتیوم فوقسرد شده تا چند میلیاردیم درجه بالای صفر مطلق، در یک شبکه نوری لیزر بازسازی نمود. با استفاده از میکروسکوپ گاز کوانتومی، آنها توانستند هم موقعیت و هم جهتگیری مغناطیسی اتمهای منفرد را در بیش از ۳۵ هزار تصویر ثبت کنند.
الگوی همگان و پیوند با شبهگاف
تجزیه و تحلیل دادهها یک نتیجه قابل توجه را آشکار کرد: همبستگیهای مغناطیسی از یک الگوی همگانی واحد پیروی میکنند و مقیاس دمایی این الگو با دمای ظهور فاز شبهگاف قابل مقایسه است. این نشاندهنده ارتباط نزدیک شبهگاف با ساختارهای مغناطیسی ظریف پایدار است.
فراتر از جفتهای ساده الکترونی
این مطالعه نشان داد برهمکنشها در این رژیم پیچیدهتر از جفتشدنهای ساده هستند و الکترونها ساختارهای همبسته چندذرهای بزرگتری تشکیل میدهند. حتی یک دوپانت منفرد میتواند نظم مغناطیسی را در ناحیهای به طور شگفتآوری وسیع مختل کند. پژوهشگران موفق به اندازهگیری همبستگیهایی شامل حداکثر پنج ذره به طور همزمان شدند.
افقهای جدید و اهمیت همکاری
این یافتهها معیار سنجش جدیدی برای مدلهای نظری فراهم کرده و دانشمندان را به درک چگونگی ظهور ابررسانایی از حرکت جمعی الکترونها نزدیکتر میکند. این موفقیت، حاصل همکاری نزدیک بین نظریهپردازانی مانند آنتوان ژرژ از مؤسسه فلتآیرون و فیزیکدانان تجربی مؤسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی بود و اهمیت چنین همکاریهایی را برجسته میسازد.
منبع: رکنا
اخبار علم و فناوری