اعداد زوج یا فرد: یک مولکول واحد همه تفاوت ها را در دنیای کوانتومی ایجاد می کند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان گروه میکروسکوپ تشخیص کوانتومی در CIC nanoGUNE، با همکاری شیمیدانان CiQUS از دانشگاه سانتیاگو د کامپوستلا، نشان دادند که افزودن یا حذف یک مولکول واحد از یک زنجیره کوانتومی می‌تواند اساسا برهمکنش آن با یک ابررسانا را تغییر دهد.

کلید در خصوصیتی به سادگی برابری نهفته است - یعنی اینکه زنجیره شامل تعداد واحدها زوج یا فرد باشد. در حالی که زنجیرهایی با عدد فرد به صورت مغناطیسی با ابررسانا برهمکنش می‌کنند، زنجیره‌هایی که عدد زوج دارند اینطور نیست. نتایج این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.

زنجیره ها توسط مثلث ها، قطعات مثلثی کوچک گرافن که میزبان یک اسپین هستند، تشکیل شده اند (S=1). هنگامی که این واحدهای مغناطیسی با یکدیگر جفت می‌شوند، اسپین‌های آن‌ها برهمکنش می‌کنند و حالت کوانتومی جمعی به نام فاز هالدان را تشکیل می‌دهند که از نظر تئوری بیش از چهار دهه پیش پیش‌بینی شده بود. یکی از ویژگی های منحصر به فرد آن این است که یک زنجیره ایجاد شده با واحدهای چرخش عدد صحیح، حالت های اسپین کسری را در هر دو انتها نشان می دهد (S=1/2).

تیم تحقیقاتی می خواستند بررسی کنند که وقتی این حالت های کسری با یک ابررسانا تماس پیدا می کنند چه اتفاقی می افتد. با این حال، این یک چالش تجربی بود. سطوح طلا بستر لازم را برای ساخت نانوساختارهای کربنی با استفاده از تکنیک های سنتز روی سطح فراهم می کند، اما این فلز خاصیت ابررسانایی ندارد. مواد دیگر، مانند نیوبیم، ابررسانا هستند اما محیط شیمیایی مشابهی را برای انجام این نوع سنتز ارائه نمی دهند.

برای غلبه بر این محدودیت، تیم تحقیقاتی یک استراتژی مبتنی بر رشد یک لایه طلا با ضخامت 25 تا 30 لایه اتمی بر روی یک کریستال نیوبیم ایجاد کردند. فیلم طلا به دلیل نزدیکی به ابررسانا ابررسانایی پیدا می کند. نتیجه پلت فرمی است که ویژگی های هر دو ماده را ترکیب می کند: محیط شیمیایی طلا را حفظ می کند و از دیدگاه الکترونیکی، خواص یک ابررسانا را به نمایش می گذارد.

اندازه گیری های انجام شده با استفاده از میکروسکوپ تونلی و طیف سنجی اثر برابری واضحی را نشان داد. در زنجیرهای تشکیل شده توسط تعداد فرد مثلثی، تیم تحقیقاتی یک علامت مشخصه از برهمکنش بین یک گشتاور مغناطیسی و حالت ابررسانا را مشاهده کردند. در مقابل، در زنجیره‌هایی با تعداد زوج مثلث، این علائم ناپدید شدند و نقش تعیین‌کننده تعداد واحدها در تعامل با ابررسانا را نشان دادند.

پروفسور Nachobasque GUNEIC GUNEIC توضیح می‌دهد: "مولکول‌های مغناطیسی کاندیدهایی برای استفاده به عنوان بیت‌های کوانتومی هستند و یک ابررسانا محیطی را برای خواندن آنها و محافظت از آنها در برابر نویز ارائه می‌دهد. چالش کنترل برهمکنش آنها است. این نتایج روشی را برای روشن یا خاموش کردن برهمکنش زنجیره‌ها با ابررسانا با تغییر طول آنها توسط یک واحد واحد نشان می‌دهد."

او می افزاید: فراتر از نتیجه اصلی، این مطالعه بستری را برای ترکیب دو ابزاری ایجاد می کند که تا به حال گرد هم آوردن آنها دشوار بوده است: ایجاد مواد مولکولی دقیق اتمی و ابررسانایی. پاسکوال توضیح می‌دهد: «این امکان کاوش کنترل‌شده در مورد نحوه تعامل حالت‌های مغناطیسی، همبستگی‌های کوانتومی و فازهای توپولوژیکی با یک میعانات ابررسانا را با طراحی این برهم‌کنش‌ها مولکول به مولکول فراهم می‌کند.

این تحقیق سنتز شیمیایی مولکول‌های سفارشی را با تجزیه و تحلیل در مقیاس اتمی با استفاده از میکروسکوپ تونلی برای تولید نانوساختارهای گرافن و کنترل حالت کوانتومی آن‌ها با سیگنال‌های مایکروویو با هدف توسعه حسگرها و فناوری‌های کوانتومی در آینده ترکیب می‌کند.

کاترینا وکسوانی و همکاران، جفت شدن وابسته به برابری زنجیره های اسپین مولکولی به یک ابررسانا، طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-11117-y

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →