کشف نوع جدیدی از مواد کوانتوم

کرونوس – این روزها گزارش‌های زیادی روی اینترنت در مورد کشف ماده‌ی کوانتومی جدیدی که خواص عجیب دارد دیده می‌شود. این ماده‌ی جدید هنوز اختراع نشده بلکه مدل جدیدی در فیزیک نظری کشف آن را نظریه‌پردازی کرده است.

تیم کاشف – از دانشگاه رایس – در Proceedings of the National Academy of Sciences خبر داده است که این ماده یک «نیمه‌فلز ویل-کوندو» (Weyl-Kondo semimetal) است که ویژگی‌هایی مشابه مواد دیگر با خواص کوانتوم دارد. نوعی از این مواد مشابه، رساناهای توپولوژیک (Topological Insulators) هستند.

مواد کوانتوم ویژگی‌های غیرمعمول و رفتارهای الکترومغناطیسی‌ای از خود نشان می‌دهند که با فیزیک کلاسیک نمی‌توان آن‌ها را توضیح داد. برای نمونه، ابررساناها را در نظر بگیرید. وقتی دمای آن‌ها به صفر مطلق برسد، مقاومت الکتریکی آن‌ها به‌شدت کاهش می‌یابد. این بدین معنی است که جریان الکتریکی می‌تواند بدون بالا بردن دمای ابررسانا (که می‌تواند خطرناک باشد) در اطراف آن ایجاد شود. این ویژگی بعضی جاها بسیار به درد بخور است.

این پدیده، پدیده‌ای ذاتاً کوانتومی است، یعنی خیلی عجیب! اما این همه‌ی ماجرا نیست.

در دهه‌ی ۱۹۸۰، ابررساناهایی کشف شدند که در دمای بسیار بالا نیز جریان الکتریسیته را بدون هیچ مقاومتی منتقل می‌کردند. این موضوع باعث می‌شد آن‌ها ابررساناهایی بسیار کاراتر از ابررساناهای قدیمی به شمار روند. رفتار این ابررساناهای دمای بالا را نمی‌توان با فیزیک کلاسیک توضیح داد. هیأت تحریریه‌ی Nature معتقد است: «سازوکار ابررسانایی همچنان به صورت کامل قابل‌فهم نیست.»

هنوز چبرهای بسیاری است که ما نمی‌دانیم، به‌ویژه وقتی ماده‌ی کوانتومی جدیدی کشف می‌شود.

در مورد نیمه‌فلز ویل-کوندو نیز چنین است. وقتی آن‌ها را با مدل‌هایی آزمایش کنیم که جهت توضیح ابررسانایی در دمای بالا ساخته شده‌اند، به طرز شگفتی موجب ایجاد شواهدی در مورد فرمیون ویل شدند.

فرمیون‌ها شامل الکترون‌ها، کوارک‌ها، پروتون‌ها و … هستند که از قوانین خاصی در مکانیک کوانتوم پیروی می‌کنند. فرمیون ویل (که هنوز در حد فرضیه است) از این لحاظ عجیب است که به نظر می‌رسد هیچ جرمی ندارند. این همان چیزی است که گروه محققین ما به آن رسیدند.

یکی از فارغ‌التحصیلان فیزیک از دانشگاه رایس می‌گوید: «بی‌جرمی فرمیون‌ها از این‌جا نشأت می‌گیرد که انرژی آن‌ها به جرمشان وابسته نیست. این، شباهت بسیاری به پروتون‌ها دارد.» این فرمیون‌ها جرم دارند «اما طوری نشان می‌دهند انگار جرم ندارند».

فرمیون‌های ویل در تعدادی از مواد رسانای الکتریسیته شناسایی شده است. برای مثال، موادی به نام رساناهای توپولوژیک وجود دارند که به دلیل همین فرمیون‌های ویل، جریان الکتریسیته را در درون خود منتقل می‌کنند.

حالا چیزی که توسط گروه تحقیقاتی دانشگاه رایس کشف شده، شاهدی است بر وجود نوع جدیدی از ماده‌ی کوانتوم که دارای فرمیون‌های ویل هستند. اما قسمت «کوندو»ی قضیه چه می‌شود؟

اثر کوندو نشان می‌دهد که الکترون‌های یک فلز مغناطیسی گاهی به دلیل ناخالصی‌های شیمیایی، پخش می‌شوند. این موضوع، موجب ایجاد تغییراتی در قابلیت ماده در مقاومت در مقابل جریان الکتریسیته بر اساس دمای آن می‌شود.

بر اساس تحقیقات این تیم، اثر کوندو از فرمیون‌های ویلی که آنان بررسی کرده بودند شکل گرفته است. لذا ماده‌ی جدیدی که این تحقیقات به آن اشاره می‌کند، «نیمه‌فلز ویل-کوندو» نام گرفته است. این ماده هنوز به وجود نیامده است، اما ممکن است به زودی اختراع شود. در این صورت معلوم نیست چه ویژگی‌های عجیب دیگری از آن سر بزند.

درباره هیأت تحریریه

هیأت تحریریه
این مقاله توسط هیأت تحریریه نوشته ویا ویرایش شده است. عضویت در هیأت تحریریه با توجه به «شرایط همکاری با کرونوس» برای عموم آزاد است.

آیا می‌دانستید؟

مولکولی که می‌تواند انرژی را به مدت ۱۸ سال ذخیره کند

کرونوس – پژوهشگران به تازگی گام تازه‌ای در جهت ساخت مولکولی که بتواند انرژی را …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *