מדענים משתמשים בלייזרים כדי לגרום למגנטיות בטמפרטורת החדר, תוך התנגדות למגבלות הקוונטיות הקונבנציונליות

הפוטנציאל של הטכנולוגיה הקוונטית הוא עצום אך כיום מוגבל במידה רבה לסביבות הקרות ביותר של מעבדות. כעת, חוקרים מאוניברסיטת שטוקהולם, במכון הנורדי לפיזיקה תיאורטית ובאוניברסיטת Ca' Foscari בוונציה הצליחו להדגים לראשונה כיצד אור לייזר יכול לגרום להתנהגות קוונטית בטמפרטורת החדר. – ולהפוך חומרים לא מגנטיים למגנטים. פריצת הדרך צפויה לסלול את הדרך למחשבים מהירים וחסכוניים יותר באנרגיה, העברת מידע ואחסון נתונים.

בתוך כמה עשורים, התקדמות הטכנולוגיה הקוונטית צפויה לחולל מהפכה בכמה מהתחומים החשובים ביותר בחברה ולסלול את הדרך לאפשרויות טכנולוגיות חדשות לחלוטין בתחום התקשורת והאנרגיה. מעניינות במיוחד את החוקרים בתחום הן התכונות המוזרות והמוזרות של חלקיקים קוונטיים – החורגים לחלוטין מחוקי הפיזיקה הקלאסית ויכולים להפוך חומרים למגנטים או מוליכים-על. על ידי הגדלת ההבנה בדיוק כיצד ומדוע סוג זה של מצבים קוונטיים מתעוררים, המטרה היא להיות מסוגל לשלוט ולתפעל חומרים כדי להשיג תכונות מכניות קוונטיות.

עד כה, חוקרים הצליחו לגרום להתנהגויות קוונטיות, כמו מגנטיות ומוליכות-על, רק בטמפרטורות קרות במיוחד. לכן, הפוטנציאל של מחקר קוונטי עדיין מוגבל לסביבות מעבדה.

פריצת דרך בהשפעות קוונטיות של טמפרטורת החדר

כעת, צוות מחקר מאוניברסיטת שטוקהולם והמכון הנורדי לפיזיקה תיאורטית (NORDITA)* בשוודיה, אוניברסיטת קונטיקט ומעבדת האצה הלאומית של SLAC בארה"ב, המכון הלאומי למדעי החומרים בצוקובה, יפן, ה-Elettra-Sincrotrone טריאסטה, אוניברסיטת 'סאפיינזה' ברומא ואוניברסיטת Ca' Foscari בוונציה באיטליה, היא הראשונה בעולם שהדגימה בניסוי כיצד אור לייזר יכול לגרום למגנטיות בחומר לא מגנטי בטמפרטורת החדר. במחקר, שפורסם בכתב העת המדעי טֶבַעהחוקרים הכפיפו את החומר הקוונטי סטרונציום טיטנאט לקרני לייזר קצרות אך אינטנסיביות באורך גל וקיטוב מיוחדים, למגנטיות מושרה.

גישות חדשות למניפולציה של חומרים

"החידוש בשיטה זו טמון בקונספט של לתת לאור להזיז אטומים ואלקטרונים בחומר הזה בתנועה מעגלית, כדי ליצור זרמים שהופכים אותו למגנטי כמו מגנט למקרר. הצלחנו לעשות זאת על ידי פיתוח מקור אור חדש באינפרא אדום רחוק עם קיטוב בעל צורת "חולץ פקקים". זו הפעם הראשונה שהצלחנו לעורר ולראות בבירור כיצד החומר הופך למגנטי בטמפרטורת החדר בניסוי. יתר על כן, הגישה שלנו מאפשרת לייצר חומרים מגנטיים ממבודדים רבים, כאשר מגנטים עשויים בדרך כלל ממתכות. בטווח הארוך, זה פותח ליישומים חדשים לחלוטין בחברה", אומר מנהיג המחקר סטפנו בונטי באוניברסיטת שטוקהולם ובאוניברסיטת Ca' Foscari בוונציה.

יישומים מעשיים והשלכות עתידיות

השיטה מבוססת על התיאוריה של "מולטי-פרואיציות דינמית", שחוזה שכאשר "מערבבים" אטומי טיטניום עם אור מקוטב מעגלי בתחמוצת המבוססת על טיטניום וסטרונציום, יווצר שדה מגנטי. אבל רק עכשיו ניתן לאשר את התיאוריה בפועל. לפריצת הדרך צפויה יישומים רחבים במספר טכנולוגיות מידע.

"זה פותח למתגים מגנטיים מהירים במיוחד שיכולים לשמש להעברת מידע מהירה יותר ואחסון נתונים טוב יותר באופן ניכר, ולמחשבים מהירים יותר וחסכוניים יותר באנרגיה", אומר אלכסנדר בלצקי, פרופסור לפיזיקה ב- NORDITA.

למעשה, תוצאות הצוות כבר שוחזרו בכמה מעבדות אחרות, ופרסום באותו גיליון של Nature מדגים שניתן להשתמש בגישה זו כדי לכתוב, ומכאן לאחסן, מידע מגנטי. נפתח פרק חדש בעיצוב חומרים חדשים באמצעות אור.