ידענים: כללי | פיסיקה קוונטית

מאת 6 באפריל 2016 9 תגובות

צוות בינלאומי של חוקרים מצא הוכחה לקיומו של מצב צבירה חדש ומסתורי, כזה שקיומו נחזה לראשונה לפני 40 שנים, בחומר ממשי. מצב צבירה זה, הידוע בשם 'נוזל של ספין קוונטי' (quantum spin liquid) גורם לאלקטרונים בתוכו להתפרק

מצב צבירה חדש. איור: אוניברסיטת קיימברידג'

מצב צבירה חדש. איור: אוניברסיטת קיימברידג'

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]
צוות בינלאומי של חוקרים מצא הוכחה לקיומו של מצב צבירה חדש ומסתורי, כזה שקיומו נחזה לראשונה לפני 40 שנים, בחומר ממשי. מצב צבירה זה, הידוע בשם 'נוזל של ספין קוונטי' (quantum spin liquid) גורם לאלקטרונים בתוכו להתפרק.

צוות החוקרים, לרבות פיזיקאים מאוניברסיטת קיימברידג', הצליח למדוד את העקבות של שברירי חלקיקים אלו, הידועים בשם פרמיוני מיורנה בתוך חומר דו-מימדי שמבנהו דומה למבנה של גרפן. התוצאות הניסיוניות שלהם תואמות להפליא את אחד מהמודלים התיאורטיים העיקריים עבור נוזל של ספין קוונטי, מודל Kitaev. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב-העת המדעי Nature Materials. נוזלים של ספין קוונטי מהווים מצב צבירה מסתורי "המתחבא" בתוך חומרים מגנטיים מסוימים, למרות שהוא מעולם לא נצפה באופן רשמי בטבע.

הצפייה באחת מהתכונות המרתקות ביותר של מצב צבירה זה בחומרים ממשיים – התפצלות אלקטרונים – מהווה פריצת דרך. החלקיקים המתקבלים מכך, פרמיוני מיורנה, יוכלו לשמש כאבני בניין של מחשבים קוונטיים, כאלו שיהיו מהירים הרבה יותר מהמחשבים של ימינו. "זהו מצב צבירה קוונטי חדש של חומר, כזה שנחזה בעבר אך מעולם לא נראה עד כה," אמר אחד מהחוקרים מאוניברסיטת קיימברידג'.

בחומר מגנטי רגיל, כל אחד מהאלקטרונים מתנהג כמו מגנט זעיר. כאשר חומר מקורר לטמפרטורה מספיק נמוכה, המגנטים הללו יתארגנו באופן מסודר לאורך טווח נרחב, כך שכל הקטבים הצפוניים ייפנו לאותו הכיוון. אולם, בחומר המכיל מצב של נוזל ספין, אפילו אם מקררים את החומר לאפס המוחלט, המגנטים הזעירים לעולם לא יתארגנו בסדר קבוע, אלא יצרו ערבוביה כתוצאה מתנודות קוונטיות. "עד לאחרונה, אפילו לא ידענו כיצד אמורות להראות טביעות האצבע של נוזל של ספין קוונטי", אמר אחד מהחוקרים. החוקרים השתמשו בשיטות של פיזור נויטרונים תוך בדיקת התכונות המגנטיות של אבקת רותניום-כלוריד שנחשפה לקרינת נויטרונים, וצפייה בתבנית ההתאבכות שהנויטרונים יצרו על גבי המסך בעודם מתפזרים מהדוגמה. מגנט רגיל יוליד קווים חדים וברורים, אולם עד כה החוקרים לא ידעו כיצד תיראה תבנית הקווים של פרמיוני מיורנה בנוזל של ספין קוונטי. החיזוי התיאורטי שפורסם ע"י החוקרKnolle בשנת 2014 אודות תבנית הקווים תאם היטב את תוצאות הניסוי: קבלת גבעות רחבות במקום קווים חדים. תוצאות אלו מהוות את ההוכחה הראשונה אי-פעם לקיומו של נוזל ספין קוונטי. "הממצאים שלנו מהווים צעד חשוב בהבנת המצב הקוונטי של החומר", מסביר החוקר הראשי.

תקציר המאמר
להודעה של החוקרים

9 תגובות ל “התגלה מצב צבירה חדש בחומר דו-מימדי”

  1. יוסי

    למרות שפרמיוני מג'ורנה הם מ 1937, המודל של קיטייב מ 2001 , רוויו עליו ב 2008, וב 2013, והמאמר של KHOLLE מ-2013. בטכניון רצים על גבישים קוונטיים דו-ממדיים גם כן מה שמעיד על התפוצה העולמית של המחקר. גם מגדלים תיילים קוונטיים.
    https://courses.physics.illinois.edu/phys598PTD/fa2013/L26.pdf
    http://arxiv.org/pdf/1308.4336v1.pdf

  2. יוסי

    ד"ר נחמני. הנושא מעניין מאד. טיפלה נכנסתי לחומר, עיקר הדרך לפני.

  3. חיים

    יוסי
    עברית, עברית. אין בעברית – התקוונט. צריך להיות התכוונת. בושה וחרפה. זה מה שלימדו אותך ביסודי ובתיכון?

  4. יוסי

    אלברט איינשטיין: התקוונט שתורת הקוונטים לא נכונה אבל תרמת לה את האפקט הפוטו-אלקטרי (וגם קיבלת פרס נובל ב 1922?) וגם ביצעת ניסיון האחדה ביחד עם קלוצה בין תורת השדות האלקטרו-מגנטיים לתורת היחסות הכללית – כאשר הועלה לראשונה הרעיון של מימד מכורבל, כחלופה גאומטרית לכוח האלקטרו-מגנטי. רעיון שאח"כ אומץ ע"י תורת המיתרים. וגם את הפרדוקס של EPR.
    איינשטיין פודולסקי רוזן – שהוכח כלא נכון. מותר לטעות לשמה.

  5. יוסי

    מה שמשיגה יכולת גידול גבישים זה לייצר סביבות שבהן הפיזיקה היא מדע כמו בדיוני בעלות זמינה להרבה חוקרים. בדומה לכך שהפיזיקה מחוץ לכדור הארץ חורים שחורים וסופר נובה היא מדע כמו בדיוני. אמיתי לחלוטין אבל עם תופעות שאנחנו מתפעמים מהן כמו עיוות מרחב זמן ועוד.

  6. יוסי

    כדאי להסביר שחומר קוונטי דו ממדי הוא חומר שמגודל בשיטת נידוף אפיטקסיאלי למשל בשני ממדים. מגדלים בו שכבות דקות העשויות מחומרים שונים מוליכים למחצה כמו גליום ארסניד או גליום ניטריד או סיליקון גרמניום.
    כתוצאה יש לו בורות קוונטיים או פס הולכה וערכיות עם מדרגות מחזוריות. כך האלקטרונים החיים בחומר קוונטיים ב-2 ממדים וקווזי קלסיים בשלישי.

  7. יוסי

    נדמה לי שהילד הפרופסור נתנאל לינדר מהטכניון (באמת ילד) עוסק בפרמיונים של מיורנה.

הוספת תגובה

  • (will not be published)