חוקרי הטכניון ו-MIT גילו מצב צבירה חדש של מגנט בטבע

הוכיחו תיאוריה משנת 1973 החוזה קיום של נוזל מגנטי קוואנטי

 בתמונה: הסריג עליו נעשה המחקר

חוקרי הפקולטה לפיסיקה בטכניון, בשיתוף עם חוקרים מ-MIT, גילו מצב צבירה חדש של חומר מגנטי בטבע – כך מגלה כתב העת המדעי “Physics today” בגיליונו האחרון. בכך הוכיחו החוקרים תיאוריה משנת 1973, אשר חזתה קיום של נוזל מגנטי קוונטי בסריג עם מוטיב משולש. למחקר יש גם “זוית יהודית”, שכן לסריג בו השתמשו יש צורה של “מגני דוד”, הנמצאים אחד ליד השני וממלאים את המרחב.
חוקרי הטכניון, פרופסור עמית קרן והדוקטורנט אורן עופר, הגיעו לגילוי על ידי ניסויים שנעשו בטמפרטורות קרות במיוחד, שאינן קיימות באופן טבעי ביקום. בעזרת מקררים מיוחדים, הם הגיעו לטמפרטורה של 50 אלפיות הקלוין (273 מעלות צלזיוס מתחת לאפס). בטמפרטורה נמוכה זו המגנט התנהג כנוזל קוואנטי, הנקרא כך משום שההסבר לקיומו מבוסס על תורת הקוואנטים. לתוצאות דומות הגיעו עמיתיהם ב-MIT, בראשות פרופסור דניאל נוסירה. במקביל פירסמה ממצאים דומים גם קבוצת חוקרים צרפתים, בראשות פרופסור פיליפ מנדלס.
“לחומרים בטבע יש אחד ממצבי הצבירה – גז, נוזל, או מוצק, אך בטמפרטורות מספיק נמוכות כולם קופאים והופכים למוצק”, מסביר פרופסור קרן. “יש יוצא דופן אחד, והוא ההליום, שאם מקררים אותו הוא אינו קופא אלא הופך למצב צבירה ייחודי הנקרא  'נוזל-על'. נוזל כזה יכול, למשל, לטפס במעלה כוס, לחדור לחורים ננו-מטריים ואף לזרום דרך חומר אחר”.
פרופ' קרן ממשיך ומפרט ש”מגנטים, הבנויים ממצפנים אטומיים הנקראים 'ספינים' שמסודרים על גבי סריג, הם גם בעלי מצבי צבירה שונים. הראשון, הוא מצב המקביל לגז או נוזל, בו ה'ספינים' בתנועה, ונקרא פרה-מגנט. השני הוא מצב המקביל למוצק, בו ה'ספינים' קפואים, ונקרא פרו-מגנט (מהסוג ה”נצמד” למקרר במטבח, והמוכר לכולנו). תיאוריות משנת 1973 חזו שבסוג מסוים של מגנטים, המורכבים מסריג משולש, ייתכן אף קיומו של מצב צבירה נוסף, המקביל לזה של  הליום. כלומר – מצב צבירה שבו המגנט מסרב לקפוא גם בטמפרטורות השואפות לאפס המוחלט”.
מאז התחזית הזו, נעשה מאמץ חובק עולם למצוא דוגמא בטבע לנוזל מגנטי שכזה. המחקר החדש מצביע כנראה על דוגמא ראשונה בטבע לנוזל ספיני קוואנטי. חוקרי הטכניון קררו מגנט, הבנוי מ”ספינים” על שריג הדומה לאוסף של מגני דויד, לטמפרטורות קיצוניות, והוא אכן לא קפא. תגלית זו פותחת דלת למחקר עתידי של הנוזל הספיני קוואנטי ותכונותיו.