Vërehet gjendje e pazakontë kuantike e materies

Nuk ndodh çdo ditë që dikush ndeshet me një gjendje të re të materies në fizikën kuantike, fushën shkencore të përkushtuar për të përshkruar sjelljen e grimcave atomike dhe nënatomike për të sqaruar vetitë e tyre.

Megjithatë, kjo është pikërisht ajo që ka bërë një ekip ndërkombëtar studiuesish që përfshin Andrea Bianchi, profesor i fizikës dhe studiues i Universitetit të Montrealit në Rigrupimin e québécois sur les matériaux de pointe dhe studentët e tij Avner Fitterman dhe Jérémi Dudemaine.

Në një artikull të fundit të botuar në revistën shkencore Physical Review X, studiuesit dokumentojnë një “gjendje bazë të lëngshme të rrotullimit kuantik” në një material magnetik të krijuar në laboratorin e Bianchi: Ce2Zr2O7, një përbërës i përbërë nga cerium, zirkon dhe oksigjen.

Në fizikën kuantike, spin-i është një veti e brendshme e elektroneve të lidhura me rrotullimin e tyre. Është rrotullimi që i jep materialit në një magnet vetitë e tij magnetike.

Në disa materiale, spin rezulton në një strukturë të çorganizuar të ngjashme me atë të molekulave në një lëng, prandaj shprehja “lëng rrotullues”.

Në përgjithësi, një material bëhet më i çorganizuar ndërsa temperatura e tij rritet. Ky është rasti, për shembull, kur uji kthehet në avull. Por karakteristika kryesore e lëngjeve rrotulluese është se ato mbeten të çorganizuara edhe kur ftohen deri në zero absolute (–273°C).

Lëngjet rrotulluese mbeten të çorganizuar sepse drejtimi i rrotullimit vazhdon të luhatet ndërsa materiali ftohet në vend që të stabilizohet në një gjendje të ngurtë, siç ndodh në një magnet konvencional, në të cilin të gjitha rrotullimet janë në linjë.

Imagjinoni një elektron si një busull të vogël që tregon lart ose poshtë. Në magnetet konvencionale, rrotullimet e elektroneve janë të orientuara të gjitha në të njëjtin drejtim, lart ose poshtë, duke krijuar atë që njihet si “faza ferromagnetike”. Kjo është ajo që i mban fotot dhe shënimet të ngjitura në frigoriferin tuaj.

Por në lëngjet kuantike spin, elektronet pozicionohen në një rrjetë trekëndore dhe formojnë një “ménage à trois” të karakterizuar nga turbulenca intensive që ndërhyn në renditjen e tyre. Rezultati është një funksion valor i ngatërruar dhe pa rend magnetik.

“Kur shtohet një elektron i tretë, rrotullimet e elektroneve nuk mund të rreshtohen sepse dy elektronet fqinje duhet të kenë gjithmonë rrotullime të kundërta, duke krijuar atë që ne e quajmë zhgënjim magnetik”, shpjegoi Bianchi. “Kjo gjeneron ngacmime që ruajnë çrregullimin e rrotullimeve dhe rrjedhimisht gjendjen e lëngshme, edhe në temperatura shumë të ulëta.”