کشف یک ماده با حالت کوانتومی منحصر به‌فرد
به گزارش سیناپرس اردبیل، بسیاری از اثرات کوانتومی فقط در دماهای بسیار سرد می‌توانند تولید شوند. اکنون محققان پرینستون وضعیت کوانتومی عجیبی را در ماده ای در دمای اتاق نشان داده اند. عایق توپولوژیکی ماده ای با ساختاری است که الکترون ها را به روشی منحصر به فرد هدایت می کند.
بخش عمده ای از آن به طور کامل از جریان الکترون ها جلوگیری می کند. با این حال، لایه‌های نازک در سطح و در امتداد لبه‌های آن بسیار رسانا هستند و به الکترون‌ها اجازه می‌دهند آزادانه با راندمان بالا جریان داشته باشند. با توجه به این ویژگی‌های عجیب، عایق‌های توپولوژیکی می‌توانند میزبان برخی از حالت‌های کوانتومی باشند که می‌توانند برای ساخت فناوری‌های کوانتومی آینده مفید باشند.
اما مطمئناً یک نکته وجود دارد، بیشتر حالت‌های کوانتومی بسیار شکننده هستند و در برابر تداخل از هم فرو می‌پاشند. گرما یا نویز حرارتی یک محرک اصلی است. وقتی مواد گرمتر می شوند، اتم های موجود در آنها با انرژی های بالاتر مرتعش می شوند که حالت کوانتومی را مختل می کند.
به این ترتیب، بیشتر آزمایش‌ها و فناوری‌هایی که از اثرات کوانتومی استفاده می‌کنند باید در دمای نزدیک به صفر مطلق انجام شوند، جایی که حرکت اتم‌ها به سرعت کند می‌شود. اما این به نوبه خود باعث می شود که این فناوری ها برای استفاده گسترده تر غیرعملی باشند.
در مطالعه جدید، محققان پرینستون راهی برای حل این موضوع پیدا کردند و اثرات کوانتومی را در یک عایق توپولوژیکی در دمای اتاق مشاهده کردند. ماده انتخابی آنها یک ترکیب کریستالی معدنی به نام بیسموت برمید بود.مشخص شد که این ماده دارای شکاف نواری مناسب است، یک مانع عایق که در آن الکترون ها نمی توانند با سطوح انرژی خاصی وجود داشته باشند.
این شکاف نواری باید به اندازه کافی گسترده باشد تا در برابر نویز حرارتی محافظت کند، اما نه آنقدر گسترده باشد که اثر جفت شدن مدار چرخشی الکترون ها را مختل کند، که برای پایدار نگه داشتن آنها حیاتی است. مشخص شد که بیسموت برومید دارای شکاف نواری بیش از 200 میلی الکترون ولت است، درست در نقطه ای تا حالت کوانتومی را در دمای اتاق ثابت نگه دارد.
محققان می‌گویند که این پیشرفت در پیشرفت فناوری‌های کوانتومی مانند اسپین‌ترونیک، میدان نوظهوری که داده‌ها را در اسپین‌های الکترون‌ها با بازدهی بالاتر از الکترونیک فعلی رمزگذاری می‌کند، مفید خواهد بود.
نانا شومیا، نویسنده اول این مطالعه گفت: «این بسیار عالی است که ما آنها را بدون فشارشدید یا میدان مغناطیسی فوق العاده بالا یافتیم، بنابراین مواد را برای توسعه فناوری کوانتومی نسل بعدی در دسترس تر می کنیم. این کشف مرز کوانتومی را به میزان قابل توجهی پیش خواهد برد».
این تحقیق در مجله Nature Materials منتشر شد.
منبع: new atlas
مترجم: مهناز علیرضایی
