Nový kvantový stav zvyšuje vodivosť materiálu o miliardu percent
Kvantové počítače na dosah ruky? Vedci objavili nový kvantový stav, ktorý prináša do popredia pozoruhodné vlastnosti materiálu.
V rámci novej štúdie sa skupinke fyzikov podarilo odhaliť nový kvantový stav. Ten viedol k masívnemu nárastu elektrickej vodivosti skúmaného materiálu. Výskumníci veria, že ich objav by mohol priniesť kvantové zariadenia a supervodiče bližšie k realite.
Kvantový stav predstavuje v kvantovej fyziky skupinu pozorovateľných veličín, prostredníctvom ktorých možno určiť vlastnosti určitého systému alebo častíc. V rámci štúdie pozorovali štruktúru Mn3Si2Te6. S týmto materiálom pracovali aj v predchádzajúcich štúdiách, informuje Georgia Tech.
„Ide o materiál, ktorý nesedí ani na jeden z existujúcich modelov. Museli sme preto nájsť nové spôsoby, ako by sme ho mohli chápať. V rámci štúdie sme vyvinuli nové metódy, ktoré nám pomôžu skúmať podobné materiály a možno ich v budúcnosti využiť pri zariadeniach pracujúcich s magnetickými poľami,“ vysvetľuje Sami Hakani, jeden z autorov štúdie.
Skúmaný materiál je pre vedcov zaujímavý kvôli vlastnosti, ktorú nazývajú „kolosálna magnetorezistencia“. Ide o mimoriadne zväčšenie elektrickej vodivosti materiálu v momente, keď sa naň aplikuje magnetické pole. V prípade väčšiny materiálov sa uplatnením magnetického poľa nemení vodivosť materiálu.
Pozoruhodné vlastnosti materiálu
V určitej skupine sa však táto vlastnosť môže meniť, čo vedci označujú ako magnetorezistencia. Vlastnosť sa môže škálovať a získať prívlastky gigantická, alebo až kolosálna. V prípadoch kolosálnej magnetorezistencie sa môže materiál zmeniť z izolácie až na vodivosť kovového drôtu. Hoci to znie zvláštne, podobné materiály nie sú novinkou. Niektoré sa používajú aj v počítačoch, no žiaden nemení svoje vlastnosti na základe smeru magnetického poľa, ktoré je na materiál uplatnené. Žiaden okrem skúmaného materiálu.
„Správanie aké sme v rámci našej práce pozorovali sa bije so všetkými teoretickými modelmi a experimentálnymi štúdiami,“ tvrdí Itamar Kimchi, spoluautor štúdie.
Pozoruhodné zmeny vo vlastnostiach materiálu môžu vedci pozorovať len v prípade, ak sa magnetické pole uplatní kolmo na povrch materiálu. Ak sa naň pozriete zhora, materiál vyzerá ako séria dvojdimenzionálnych včelích úľov. Pri pohľade zboku sa však objavujú vrstvy v ktorých sa môžu elektróny pohybovať v kruhových cestičkách. Práve tento pohyb je podľa autorov štúdie zodpovedný za jedinečné vlastnosti materiálu.
Neprehliadnite
Bez magnetického poľa sa môžu elektróny pohybovať buď v smere, alebo proti smeru hodinových ručičiek. Ak sa však uplatní magnetické pole, pohyb elektrónov sa stáva usporiadanejší, čím dochádza k ich rýchlejšiemu prúdeniu. Materiál sa začína správať ako vodič a jeho vodivosť rastie o miliardu percent.
Zmena materiálu z izolantu na vodič môžu vedci dosiahnuť aj aplikovaním elektrických prúdov. V tomto smere však môže materiálu trvať niekoľko sekúnd až minút, kým sa na novú formu prehodí. Práve táto vlastnosť by však mohla v budúcnosti pomôcť k vytvoreniu kvantových zariadení, od rôznych senzorov až po kvantové počítače. V ďalších výskumoch sa vedci pokúsia lepšie preskúmať nový kvantový stav a pokúsia sa objaviť aj ďalšie materiály, v ktorých by mohol existovať.
Komentáre