Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ίρβαϊν (UC Irvine) ανακάλυψαν μια νέα κατάσταση κβαντικής ύλης, η οποία υπάρχει σε ένα υλικό που, όπως αναφέρουν, θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα εποχή αυτοφορτιζόμενων υπολογιστών και συστημάτων ικανών να αντέχουν στις απαιτήσεις των διαστημικών αποστολών.
«Είναι μια νέα φάση ύλης, όπως το νερό μπορεί να υπάρχει ως υγρό, πάγος ή ατμός», δήλωσε ο Luis A. Jauregui, καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο UC Irvine και υπεύθυνος συγγραφέας της νέας μελέτης στο περιοδικό Physical Review Letters.
«Έχει προβλεφθεί μόνο θεωρητικά – κανείς δεν την είχε μετρήσει ποτέ μέχρι τώρα».
Ηλεκτρόνια και κενά σχηματίζουν ένα εξωτικό φως
Αυτή η νέα φάση μοιάζει με ένα υγρό αποτελούμενο από ηλεκτρόνια και τα «κενά» τους (holes), τα οποία συνδυάζονται αυθόρμητα για να σχηματίσουν εξιτόνια, μια εξωτική μορφή ύλης. Ασυνήθιστα, τα ηλεκτρόνια και τα κενά περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση.
«Είναι κάτι εντελώς καινούργιο», δήλωσε ο Jauregui. «Αν μπορούσαμε να το κρατήσουμε στα χέρια μας, θα έλαμπε με ένα έντονο, υψηλής συχνότητας φως».
Η ανακάλυψη μέσα σε υλικό που δημιουργήθηκε στο UC Irvine
Η φάση αυτή εμφανίζεται σε ένα υλικό που αναπτύχθηκε στο UC Irvine από τον Jinyu Liu, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο εργαστήριο του Jauregui και πρώτο συγγραφέα του άρθρου. Ο Jauregui και η ομάδα του μέτρησαν αυτή τη φάση χρησιμοποιώντας ισχυρά μαγνητικά πεδία στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος (LANL) στο Νέο Μεξικό.
Το κλειδί για τη δημιουργία της νέας κατάστασης κβαντικής ύλης ήταν η εφαρμογή μαγνητικού πεδίου έως και 70 Τέσλα στο υλικό – για σύγκριση, ένα ισχυρό μαγνητάκι ψυγείου παράγει πεδίο περίπου 0,1 Τέσλα. Το υλικό αυτό ονομάζεται πεντελλουρίδιο του αφνίου (hafnium pentatelluride).
Ο καθηγητής Jauregui εξήγησε ότι, καθώς η ομάδα του εφάρμοζε το πεδίο, η ικανότητα του υλικού να μεταφέρει ρεύμα μειωνόταν ξαφνικά, δείχνοντας ότι είχε μετατραπεί σε αυτήν την εξωτική κατάσταση.
«Αυτή η ανακάλυψη είναι σημαντική γιατί μπορεί να επιτρέψει τη μεταφορά σημάτων μέσω της στροφής (spin) και όχι του ηλεκτρικού φορτίου, ανοίγοντας νέους δρόμους για ενεργειακά αποδοτική τεχνολογία, όπως τα spintronics ή οι κβαντικές συσκευές».
Ιδανική ύλη για το διάστημα: Ανθεκτική στη ραδιενέργεια
Σε αντίθεση με τα συμβατικά υλικά που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά, αυτή η νέα κβαντική ύλη δεν επηρεάζεται από καμία μορφή ακτινοβολίας, γεγονός που την καθιστά ιδανική για διαστημικά ταξίδια.
«Θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για διαστημικές αποστολές», είπε ο Jauregui. «Αν θέλετε υπολογιστές στο διάστημα που θα διαρκέσουν, αυτός είναι ένας τρόπος να το πετύχετε».
Εταιρείες όπως η SpaceX σχεδιάζουν επανδρωμένες αποστολές στον Άρη, και για να το κάνουν αυτό αποτελεσματικά, χρειάζονται υπολογιστικά συστήματα ικανά να αντέχουν σε παρατεταμένη έκθεση σε ακτινοβολία.
«Δεν ξέρουμε ακόμα ποιες δυνατότητες θα αποκαλυφθούν ως αποτέλεσμα», σημείωσε ο Jauregui.
Η συνεργατική προσπάθεια πίσω από την ανακάλυψη
Το υλικό συντέθηκε, χαρακτηρίστηκε και μετατράπηκε σε μετρήσιμες διατάξεις στο UC Irvine από τον Jinyu Liu, με τη βοήθεια των μεταπτυχιακών φοιτητών Robert Welser και Timothy McSorley, καθώς και του προπτυχιακού ερευνητή Triet Ho.
Το θεωρητικό μοντέλο και η ερμηνεία της ανακάλυψης προσφέρθηκαν από τους Shizeng Lin, Varsha Subramanyan και Avadh Saxena στο LANL.
Τα πειράματα σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο πραγματοποιήθηκαν με τη στήριξη των Laurel Winter και Michael T. Pettes στο LANL, καθώς και του David Graf στο Εθνικό Εργαστήριο Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου στη Φλόριντα
Περισσότερες πληροφορίες: Jinyu Liu et al, Πιθανός μονωτής τριπλού σπιν-εξιτονίου στο υπερκβαντικό όριο του HfTe5, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/bj2n-4k2w
Πληροφορίες περιοδικού: Physical Review Letters
Παρέχεται από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine
