«Μισό πάγος, μισό φωτιά»: Μια νέα φάση της ύλης που μπορεί να αλλάξει την κβαντική πληροφορική

Οι φυσικοί ανακάλυψαν μια νέα φάση της ύλης, που ονομάστηκε «μισό πάγος, μισό φωτιά», η οποία θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα σε νέες εξελίξεις σε τομείς όπως η κβαντική πληροφορική.

Η νέα φάση συνδυάζει έναν αριθμό ανοδικών σπιν (ιδιοστροφορμή) των ηλεκτρονίων μέσα σε ένα άτομο, τα οποία είναι ιδιαίτερα τακτοποιημένα και αναφέρονται ως ψυχροί κύκλοι, με έναν αριθμό καθοδικών σπιν, τα οποία είναι ιδιαίτερα άτακτα και αναφέρονται ως θερμοί κύκλοι – προσδίδοντας στη φάση το παρατσούκλι «μισό πάγος, μισό φωτιά», αναφέρει το LiveScience.

Το «μισό πάγος, μισό φωτιά» είναι μια σημαντική ανακάλυψη, επειδή μπορεί να παράγει απότομη εναλλαγή μεταξύ φάσεων σε λογικές θερμοκρασίες. Είναι το δίδυμο του «μισό φωτιά, μισό πάγος» που παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 2016 από την ίδια ομάδα στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven των ΗΠΑ – τους φυσικούς Weiguo Yin και Alexei Tsvelik, μαζί με τον τότε ασκούμενο Christopher Roth.

Εντοπίζοντας νέες φάσεις της ύλης

Σύμφωνα με την ομάδα, οι ανακαλύψεις αυτές παρέχουν πληροφορίες για ορισμένα από τα κεντρικά ερωτήματα της φυσικής και των επιστημών των υλικών, και προάγουν τη δυνατότητα εντοπισμού νέων φάσεων της ύλης με εξωτικές ιδιότητες και χειρισμού της μετάβασης μεταξύ αυτών των καταστάσεων.

«Η επίλυση αυτών των προβλημάτων θα μπορούσε να οδηγήσει σε μεγάλες προόδους σε τεχνολογίες όπως η κβαντική πληροφορική και η σπιντρονική (σ.σ. τεχνολογία που αξιοποιεί τα σπιν των ηλεκτρονίων)», δήλωσε ο Yin.

Οι Yin και Tsvelik ανακάλυψαν για πρώτη φορά το «μισό πάγος, μισό φωτιά» όταν έκαναν έρευνα σε έναν τύπο μαγνητικού υλικού που ονομάζεται σιδηριμαγνητικό. Τα σιδηριμαγνητικά υλικά έχουν πληθυσμούς ατόμων με αντίθετες μαγνητικές ροπές, αλλά επειδή οι πληθυσμοί είναι άνισοι, παραμένει κάποια μαγνήτιση (σ.σ. διαχωρίζονται από τα σιδηρομαγνητικά υλικά, όπου η διευθέτηση των ατόμων γίνεται κατά τρόπο παράλληλο και η μαγνήτιση είναι μεγαλύτερη).

Διαβάστε ακόμη:
Νέα κατάσταση της ύλης ανακαλύφθηκε από κβαντικούς επιστήμονες

Το συγκεκριμένο σιδηριμαγνητικό υλικό στο οποίο παρατηρήθηκε το «μισό πάγος, μισό φωτιά» είναι το Sr3CuIrO6, μια ένωση που αποτελείται από στρόντιο, χαλκό, ιρίδιο και οξυγόνο. Είναι το ίδιο υλικό στο οποίο η ομάδα ανακάλυψε αρχικά το «μισό φωτιά, μισό πάγος», το οποίο προκάλεσαν εκθέτοντας το υλικό σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο . Στο «μισό φωτιά, μισό πάγος», τα θερμά σπιν εμφανίστηκαν στις θέσεις χαλκού και είχαν μικρότερες μαγνητικές κινήσεις, ενώ οι θέσεις ιριδίου απέδωσαν ψυχρά σπιν με μεγαλύτερες μαγνητικές κινήσεις.

Τα κομμάτια του παζλ που έλειπαν

Παρόλο που επρόκειτο για μια συναρπαστική ανακάλυψη, «εξακολουθούσαμε να μην γνωρίζουμε πώς θα μπορούσε να αξιοποιηθεί αυτή η κατάσταση», είπε ο Tsvelik. «Μας έλειπαν κομμάτια του παζλ».

Το παζλ έρχεται να συμπληρώσει η νέα ανακάλυψη αυτής της αντίθετης κατάστασης του «μισό φωτιά, μισό πάγος», στην οποία τα θερμά και τα ψυχρά σπιν ανταλλάσσουν θέσεις. Η ομάδα εντόπισε ένα εξαιρετικά στενό εύρος θερμοκρασιών στο οποίο λαμβάνει χώρα η εναλλαγή μεταξύ των φάσεων, γεγονός που έχει πολλά υποσχόμενες συνέπειες για διάφορους τομείς.

Εμπορικά, αυτού του είδους η υπερεντατική εναλλαγή φάσεων θα μπορούσε να οδηγήσει σε εξελίξεις στην τεχνολογία ψύξης. Μπορεί ακόμη και να είναι δυνατή η χρήση των ίδιων των φάσεων ως bits σε μια νέα προσέγγιση για την αποθήκευση κβαντικής πληροφορίας. «Η πόρτα σε νέες δυνατότητες είναι πλέον ορθάνοιχτη», δήλωσε ο Yin.

Η έρευνα της ομάδας για αυτή τη νέα φάση δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.