اكتشف الفيزيائيون مرحلة جديدة من المادة، أطلق عليها اسم “نصف جليد ونصف نار”، والتي يمكن أن تفتح الباب أمام تطورات جديدة في مجالات مثل الحوسبة الكمومية.

يجمع الطور الجديد بين عدد من السبينات “الأعلى” للإلكترونات داخل الذرة، والتي تكون مرتبة للغاية ويشار إليها بالدورات الباردة، مع عدد من السبينات “السفلية”، والتي تكون شديدة الاضطراب ويشار إليها بالدورات الساخنة – مما يمنح الطور لقبه، “نصف جليد ونصف نار”.

يعد “نصف جليد ونصف نار” اكتشافًا مهمًا، ليس فقط بسبب حداثته، ولكن أيضًا لأنه يمكن أن يؤدي إلى تبديل حاد بين المراحل عند درجات حرارة معقولة. إنها توأم حالة “نصف نار ونصف جليد” التي لاحظها لأول مرة نفس الفريق في مختبر بروكهافن الوطني – الفيزيائيون ويغو يين و أليكسي تسفيليك، جنبًا إلى جنب مع المتدرب كريستوفر روث – في عام 2016.

توفر هذه الاكتشافات نظرة ثاقبة لبعض الأسئلة المركزية في الفيزياء وعلوم المواد، وفقًا للفريق، بالإضافة إلى تعزيز القدرة على التعرف على أشياء جديدة. حالات المادة ذات خصائص غريبة وتتلاعب بالانتقال بين تلك الحالات.

“حل هذه المشاكل يمكن أن يؤدي إلى تقدم كبير في تقنيات مثل الحوسبة الكمومية والإلكترونيات الدورانية،” قال يين في أ إفادة من مختبر بروكهافن الوطني. وأضاف تسفيليك أن النتائج التي توصل إليها الفريق “قد تفتح بابًا جديدًا لفهم والتحكم في المراحل والتحولات الطورية في مواد معينة”.

متعلق ب: تم اكتشاف حالة جديدة غريبة من المادة عن طريق سحق الجسيمات دون الذرية في بلورة فائقة الكثافة

“القطع المفقودة من اللغز”

اكتشف يين وتسفيليك لأول مرة “نصف جليد ونصف نار” عند إجراء بحث على نوع من المواد المغناطيسية تسمى المغناطيس الحديدي. تحتوي المغانط الحديدية على مجموعات من الذرات ذات لحظات مغناطيسية متعارضة، ولكن نظرًا لعدم تساوي المجموعات، تظل بعض المغنطة قائمة.

المغناطيس الحديدي المحدد الذي لوحظ فيه “نصف جليد ونصف نار” هو Sr3CuIrO6، وهو مركب يتكون من السترونتيوم والنحاس والإيريديوم والأكسجين. إنها نفس المادة التي اكتشف فيها الفريق في الأصل “نصف نار ونصف جليد”، والتي تسببوا فيها أو تسببوا في حدوثها داخل المغناطيس الحديدي، من خلال تعريض المادة لعامل خارجي. المجال المغنطيسي. في حالة “نصف نار ونصف جليد”، حدثت دورات ساخنة على مواقع النحاس وكانت لها حركات مغناطيسية أصغر، بينما أنتجت مواقع الإيريديوم دورات باردة مع حركات مغناطيسية أكبر.

وعلى الرغم من أنه كان اكتشافًا مثيرًا، إلا أن تسفيليك اعترف بأنه كان مجرد خطوة أولى.

وقال: “على الرغم من أبحاثنا المكثفة، ما زلنا لا نعرف كيف يمكن الاستفادة من هذه الحالة”. “لقد فقدنا أجزاء من اللغز.”

الآن، كشف العمل الأخير، الذي قاده يين، أن “نصف نار ونصف جليد” له حالة مخفية ومعاكسة حيث يتم تبادل مواضع السبينات الساخنة والباردة. حدد الفريق نطاقًا ضيقًا للغاية من درجات الحرارة يتم فيه التبديل بين المراحل، وهو ما له آثار واعدة على عدد من المجالات.

ومن الناحية التجارية، فإن هذا النوع من تبديل الطور الفائق الوضوح يمكن أن يؤدي إلى تقدم في تكنولوجيا التبريد. قد يكون من الممكن أيضًا استخدام المراحل نفسها كبتات في نهج جديد لتخزين المعلومات الكمومية. وقال يين “إن الباب أمام الإمكانيات الجديدة مفتوح الآن على مصراعيه”.

وتم نشر بحث الفريق في المرحلة الجديدة في المجلة رسائل المراجعة البدنية في ديسمبر 2024.