Ανακαλύφθηκε νέα κατάσταση της κβαντικής ύλης!

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ίρβαϊν ανακάλυψαν μια νέα κατάσταση της κβαντικής ύλης, η οποία μπορεί να φέρει επανάσταση στις τεχνολογίες υπολογιστών και να ανοίξει τον δρόμο για εφαρμογές στο βαθύ διάστημα. Η συγκεκριμένη φάση ύλης, η οποία υφίσταται σε ένα νέο υλικό που δημιούργησε η ερευνητική ομάδα, θα μπορούσε να οδηγήσει σε αυτοφορτιζόμενους υπολογιστές και σε συστήματα που αντέχουν στην ακτινοβολία του διαστήματος.

Όπως εξηγεί ο καθηγητής φυσικής και αστρονομίας Luis A. Jauregui, πρόκειται για μια νέα φάση της ύλης, αντίστοιχη με τις καταστάσεις του νερού – υγρό, πάγος ή ατμός. Η φάση αυτή περιλαμβάνει ηλεκτρόνια και τις «οπές» τους (holes), τα οποία ζευγαρώνουν αυθόρμητα και σχηματίζουν εξωτικές καταστάσεις που ονομάζονται εξιτόνια. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό είναι ότι τα σωματίδια αυτά περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση, μια συμπεριφορά που δεν είχε παρατηρηθεί μέχρι τώρα.

Το φαινόμενο εντοπίστηκε σε ένα υλικό που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του Jauregui και ονομάζεται πεντατελουρίδιο του αφνίου (hafnium pentatelluride). Η νέα φάση παρατηρήθηκε όταν το υλικό εκτέθηκε σε μαγνητικά πεδία έντασης έως και 70 Τέσλα (συγκριτικά, ένας ισχυρός μαγνήτης ψυγείου έχει πεδίο περίπου 0,1 Τέσλα). Κατά την εφαρμογή του πεδίου, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού έπεσε απότομα, ένδειξη πως είχε μεταβεί στην εξωτική αυτή κατάσταση.

Η σημασία της ανακάλυψης έγκειται στο ότι αυτή η νέα κατάσταση μπορεί να χρησιμοποιεί το spin των ηλεκτρονίων αντί της ηλεκτρικής φόρτισης για τη μεταφορά σημάτων. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για ενεργειακά αποδοτικές τεχνολογίες, όπως η spintronics και τα κβαντικά κυκλώματα.

Επιπλέον, η κβαντική αυτή ύλη δεν επηρεάζεται από ακτινοβολία, καθιστώντας την ιδανική για χρήση σε διαστημικές αποστολές, όπως αυτές που σχεδιάζει η SpaceX με επανδρωμένες πτήσεις προς τον Άρη. Η ανθεκτικότητα των υλικών στην ακτινοβολία αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για μακροχρόνια λειτουργία ηλεκτρονικών συστημάτων στο διάστημα.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters και υποστηρίχθηκε από ερευνητές στο UC Irvine και στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος (LANL). Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι αυτή η ανακάλυψη θα οδηγήσει σε περαιτέρω εξερεύνηση νέων μορφών ύλης και στη δημιουργία συσκευών νέας γενιάς.