حالة جديدة من حالات المادة.
وجد فريق من الباحثين دليلاً على وجود حالة جديدة من حالات المادة. حيث تحقق هذا الأكتشاف بعد مرور أربعين عاماً على توقع وجودها. عٌرفت هذه المادة بأسم السائل كمي المحور ويُعتقد بأنها تنتج ألكترونات يقال بأنها اللبنات الأولية للطبيعة – لتتفتت الى أجزاء.

 

حالة جديدة من حالات المادة

قاس باحثون ومن ضمنهم فيزيائيين من جامعة كامبرج ( University of Cambridge) أبعاد هذه الجزيئات والتي تعرف بأسم ماجورانا الفرميونات ( Majorana fermions) بواسطة مواد ثنائية الأبعاد ذات تركيب شبيه بالكرافين.
طابقت نتائج الباحثين التجريبية الناجحة واحدة من المعادلات النظرية الرئيسية لحالة السائل كمي المحور والتي عٌرفت بأسم نموذج كيتف (Kitaev model) ونٌشرت النتائج في صحيفة نيجر للمواد ( Nature Materials).
يٌعتقد بأن هذه المادة الجديدة تختبئ في مواد مغناطيسية معينة لكنها لم تلاحظ في الطبيعة بشكل قطعي. عند ملاحظة واحدة من خصائص هذه المادة المثيرة للأهتمام كالتشقق أو تجزء الألكترون، لُوحظ بأنه يمكن أن تستخدم ماجورانا الفرميونات كوحدات بناء في الحواسيب الكمومية والتي ستكون أسرع بكثير من الحواسيب التقليدية و من المحتمل أن تكون قادرة على إجراء عمليات حسابية صعبة.
يقول الدكتور جاهنسون نولي ( Johannes Knolle) من جامعة كامبرج وهو أحد المشاركين في هذا البحث : ” قد توقعنا وجود هذه الحالة من المادة لكننا لم نشاهدها من قبل”.
تتصرف الألكترونات كقطع مغناطيس صغيرة في المواد المغناطيسية النموذجية. وعندما تتعرض هذه المواد الى درجات حرارة منخفضة ترتب المغانط أنفسها بصفوف طويلة ومسافات معينة وبذلك تكون مثلاً كل الأقطاب الشمالية مشيرة الى نفس الجهة.
لكن حتى لو تم تبريد المواد المحتوية على حالة السائل كمي المحور الى درجة الصفر المئوية، فأن قطع المغانطيس سوف لن تترتب بصفوف لكنها ستشكل حالة من التشابك الكمي بسبب التقلبات الكمية.
يقول دكتور ديمتري كوفرزهان (Dmitry Kovrizhin) المشارك في الورقة البحثية : “حتى وقت قريب، لم نعرف على الأقل كيف تبدو البصمات التجريبية لحالة السائل كمي المحور. ويشير مجموعة العلماء القائمين على نظرية المادة المكثفة (Theory of Condensed Matter) لمختبر كافندش (Cavendish Laboratory) : “في عملنا السابق أنجزنا شيء واحد وهو السؤال، عن ما الذي سوف نلاحظه أذا أجرينا تجارب ممكنة على حالة السائل الكمي المحوري”.
أستخدم مجموعة من الباحثين تقنيات تشتيت النيوترونات للبحث عن دليل تجريبي عن التشقق في مركب الفا- كلوريد الرثينيوم (α-RuCl3). حيث أختبروا الخصائص المغناطيسية لمسحوق الفا-كلوريد الرثينيوم وذلك بتسليط النيترونات عليه كمصدر للضوء، ومن ثم ملاحظة نمط التموجات التي تنتجها النيوترونات على الشاشة عندما تتناثر.
يشكل المغناطيس المنتظم خطوط أفقية حادة ولكن ما أثار الغموض هو النمط الذي تكونه
ماجورانا الفرميونات في حالة السائل كمي المحور. طابق التنبوء النظري بشكل جيد لنولي وزملائه عام 2014 للمنحنيات الواسعة بدل الخطوط الحادة، حيث لاحظ باحثون ذلك على الشاشة. وبذلك كانوا قد قدموا اول دليل مباشر عن وجود هذه الحالة من المادة وتجزء الألكترونات في مادة ثنائية البعد.
قال نولي : ” هذه اضافة جديدة الى قائمة قصيرة معروفة عن حالة السائل كمي المحور. أما كوزرهان فقال : ” أنها لخطوه مهمة عن فهمنا للمادة الكمية”، ويضيف : ” أنه من الممتع أن نجد مادة كمية جديدة لم نراه من قبل وتقدم لنا أحتمالات جديدة لأن نجرب أشياء جديدة”

 

ترجمة : نورس حسن

المصدر: https://www.cam.ac.uk/research/news/new-state-of-matter-detected-in-a-two-dimensional-material