بسیاری از اثرات کوانتومی را می توان در دما های بسیار پایین مشاهده کرد، این محدودیت دمایی، اثرات کوانتومی را کاهش می دهد.
به گزارش باشگاه خبرنگاران به نقل از نیواطلس، در یک مطالعه عملی محققان پرینستون وضعیت کوانتومی عجیبی را در ماده ی عایق توپولوژیکی در دمای اتاق نشان داده اند.
عایق توپولوژیکی ماده ای است که الکترون ها را به روشی منحصر به فرد هدایت می کند.در واقع از جریان الکترون ها بطور کامل جلوگیری می کند.با این حال، لایه های نازک در سطح و در امتداد لبه های آن بسیار رسانا هستند و به الکترون ها اجازه می‌دهند آزادانه با راندمان بالا جریان داشته باشند.
با توجه به این ویژگی ها و رفتار عجیب ماده مورد آزمایش، عایق های توپولوژیکی میتوانند میزبان حالت های کوانتومی را بروز دهند، که در ساخت فناوری های کوانتومی آینده مفید باشند.در این مسیر یک مطلب مهم وجو دارد که بیشتر حالت های کوانتومی بسیار شکننده هستند و در برابر تداخل فرو می ریزند.
در واقع، گرما یا نویز حرارتی یک محرک اصلی است، وقتی مواد گرمتر میشوند، اتم های موجود در آنها با انرژی های بالاتر ارتعاش پیدا می کنند و حالت کوانتومی را مختل می کند.
به همین دلیل، بیشتر آزمایش ها و فناوری هایی که از اثرات کوانتومی استفاده می کنند باید در دمای نزدیک به صفر مطلق انجام شوند، یعنی جایی که حرکت اتم ها به سرعت کند می شود.در نتیجه این فناوری ها برای استفاده گسترده تر غیر قابل کاربرد می شوند.
برای حل این مشکل، در مطالعه جدید، محققان پرینستون راهی برای حل این موضوع پیدا کردند و اثرات کوانتومی را در یک عایق توپولوژیکی در دمای اتاق بررسی کردند. عایق توپولوژیکی، ماده انتخابی به صورت یک ترکیب کریستالی معدنی به نام بیسموت برومید بود.
این ماده دارای شکاف نواری مناسب است، یک "سد" یا عایق که در آن الکترون ها نمی توانند با سطوح انرژی خاصی وجود داشته باشند.این شکاف نواری باید به اندازه کافی گسترده باشد تا دربرابر نویز حرارتی محافظت کند، اما نه آنقدر گسترده باشد که اثر جفت شدن مدار چرخشی الکترون ها را مختل کند، که برای پایدار نگه داشتن آن ها حیاتی است.
تیم تحقیقاتی توانسته در یک نقطه، حالت کوانتومی را در دمای اتاق، ثابت نگه دارد. این تیم با مشاهده آنچه که حالت لبه هال اسپین کوانتومی نامیده می شود، یافته های خود را تائید کردند. این ویژگی منحصرا برای سیستم های توپولوژیکی است.
محققان می گویند: دستیابی به این پیشرفت، میدان نوظهوری که داده ها را در اسپین های الکترون ها با بازدهی بالاتر از الکترونیک فعلی رمزگذاری می کند، مؤثر خواهد بود.
نانا شومیا نویسنده اول مطالعه گفت: ما مواد را برای توسعه نسل بعدی فناوری کوانتومی بدون فشار بسیار قوی یا میدان مغناطیسی بسیار بالا دردسترس آورده ایم.
این تحقیق در مجله Nature Materials منتشر شده است.
- 18
- 2
