ננו טכנולוגיה

ננוטכנולוגיה עכשיו - הודעה לעיתונות: חומרים קוונטיים: ספין אלקטרוני נמדד בפעם הראשונה

חותמת זמן: 25 ביוני 2023 10: 20 PM
צומת מקור: 2566014

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עמוד הבית > חדשות ועדכונים > חומרים קוונטיים: ספין אלקטרוני נמדד בפעם הראשונה

שלוש פרספקטיבות של המשטח עליו נעים האלקטרונים. משמאל תוצאת הניסוי, במרכז ומימין המידול התיאורטי. הצבעים האדומים והכחולים מייצגים מדד למהירות האלקטרונים. הן התיאוריה והן הניסוי משקפים את הסימטריה של הגביש, דומה מאוד למרקם של סלי "קגומה" יפניים מסורתיים קרדיט
אוניברסיטת בולוניה

תקציר:
צוות מחקר בינלאומי הצליח לראשונה למדוד את ספין האלקטרונים בחומר - כלומר, עקמומיות החלל שבו אלקטרונים חיים ונעים - בתוך "חומרי קגומה", מחלקה חדשה של חומרים קוונטיים.

חומרים קוונטיים: ספין אלקטרוני נמדד בפעם הראשונה

בולוניה, איטליה | פורסם ב-9 ביוני, 2023

התוצאות שהתקבלו - שפורסמו ב-Nature Physics - עשויות לחולל מהפכה בדרך שבה נלמדים חומרים קוונטיים בעתיד, ולפתוח את הדלת לפיתוחים חדשים בטכנולוגיות קוונטיות, עם יישומים אפשריים במגוון תחומים טכנולוגיים, מאנרגיה מתחדשת ועד ביו-רפואה, מאלקטרוניקה ועד מחשבים קוונטיים.

ההצלחה הושגה על ידי שיתוף פעולה בינלאומי של מדענים, שבו השתתף דומניקו די סנטה, פרופסור במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה "אוגוסטו ריגי", עבור אוניברסיטת בולוניה כחלק מפרויקט המחקר שלו מארי קירי BITMAP. הצטרפו אליו עמיתים מ-CNR-IOM Trieste, אוניברסיטת Ca' Foscari של ונציה, אוניברסיטת מילאנו, אוניברסיטת וירצבורג (גרמניה), אוניברסיטת סנט אנדרוז (בריטניה), מכללת בוסטון ואוניברסיטת סנטה ברברה (ארה"ב).

באמצעות טכניקות ניסוי מתקדמות, תוך שימוש באור שנוצר על ידי מאיץ חלקיקים, הסינכרוטרון, ובזכות טכניקות מודרניות למידול התנהגות החומר, הצליחו החוקרים למדוד לראשונה ספין אלקטרוני, הקשור למושג הטופולוגיה.

"אם ניקח שני חפצים כמו כדורגל וסופגנייה, נבחין שהצורות הספציפיות שלהם קובעות תכונות טופולוגיות שונות, למשל בגלל שלסופגנייה יש חור, בעוד שלכדורגל אין", מסביר דומניקו די סנטה. "באופן דומה, התנהגות אלקטרונים בחומרים מושפעת מתכונות קוונטיות מסוימות שקובעות את סיבובם בחומר שבו הם נמצאים, בדומה לאופן שבו משתנה מסלול האור ביקום על ידי נוכחות של כוכבים, חורים שחורים, חושך חומר ואנרגיה אפלה, המכופפים את הזמן והמרחב."

למרות שמאפיין זה של אלקטרונים ידוע כבר שנים רבות, איש לא הצליח עד כה למדוד את ה"ספין הטופולוגי" הזה ישירות. כדי להשיג זאת, החוקרים ניצלו אפקט מסוים המכונה "דיכרואיזם מעגלי": טכניקת ניסוי מיוחדת שניתן להשתמש בה רק עם מקור סינכרוטרון, המנצלת את היכולת של חומרים לקלוט אור בצורה שונה בהתאם לקיטוב שלהם.

חוקרים התמקדו במיוחד ב"חומרי קגומה", סוג של חומרים קוונטיים שחייבים את שמם לדמיון שלהם למארג חוטי במבוק שזורים המרכיבים סל יפני מסורתי (שנקרא, אכן, "קגומה"). החומרים הללו מחוללים מהפכה בפיזיקה הקוונטית, והתוצאות שהתקבלו יכולות לעזור לנו ללמוד יותר על התכונות המגנטיות, הטופולוגיות והמוליכות המיוחדות שלהם.

"תוצאות חשובות אלו היו אפשריות הודות לסינרגיה חזקה בין תרגול ניסוי וניתוח תיאורטי", מוסיף די סנטה. "החוקרים התיאורטיים של הצוות השתמשו בהדמיות קוונטיות מתוחכמות, שאפשרו רק באמצעות מחשבי-על חזקים, ובדרך זו הנחו את עמיתיהם לניסוי לאזור הספציפי של החומר שבו ניתן למדוד את אפקט הדיכרואיזם המעגלי.

המחקר פורסם ב-Nature Physics עם הכותרת "הפרדת פס שטוח ועימור ספין חזק של ברי במתכות קגומה דו-שכבתיות". המחבר הראשון של המחקר הוא דומניקו די סנטה, חוקר במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה של "אוגוסטו ריגי" של אוניברסיטת בולוניה. הוא עבד עם חוקרים מה-CNR-IOM של טריאסטה, אוניברסיטת Ca' Foscari של ונציה, אוניברסיטת מילאנו, אוניברסיטת וירצבורג (גרמניה), אוניברסיטת סנט אנדרוס (בריטניה), מכללת בוסטון ואוניברסיטת בוסטון. סנטה ברברה (ארה"ב).

####

לקבלת מידע נוסף, לחץ על כאן