חוקרים ב-MIT גילו מצב צבירה חדש בעל מגנטיות ייחודית

מצב הצבירה החדש הקרוי QSL (ר"ת Qauntum Spin Liquid) עשוי להביא להתקדמות גדולה בטכנולוגיות אחסון מידע, כמו גם אפשרויות מרחיקות לכת במערכות תקשורת מהירות ביותר

מכניקת הקוואנטים מכה שנית! רוב רובם של האנשים מכירים את המילה קוואנטום מהטלוויזיה (קוואנטום ליפ – סדרה ישנה), או מסרט של ג'יימס בונד. אך מאחורי המילה הזו מסתתר תחום פיסיקלי מרתק וסבוך מאין כמוהו.

מכניקת הקוואנטים היא ענף של הפיסיקה שצמח ממחקרים של אלברט איינשטיין ומקס פלנק עוד בתחילת המאה העשרים, ומנסה לתאר את התנהגות חומר בסדרי גודל (של אורך, טמפרטורה, עוצמת שדה כוח, זרם חשמלי וכדומה) קטנים ביותר.

מסתבר שכאשר יורדים לקנה מידה קטנטן, דברים מתחילים להפוך למוזרים ביותר. כל כך מוזרים למעשה, שמכניקת קוואנטים היא תורה פיסיקלית הסתברותית-סטטיסטית – משמע שלא ניתן לדעת בוודאות את התוצאה שתתקבל בניסוי, אלא רק את ההסתברות לקבל את אותה תוצאה. אם עוסקים בהסתברות בלבד, הפיסיקה הופכת לניסיון לתפוס דג חלקלק בידיים בלי להפיל אותו.

הרברטסמיית'ייט – מזל שלממציא לא היה שם ארוך יותר

הקשר בין המחקר החדש ומכניקת הקוואנטים נובע מכך ש-QSL מהווה מצב צבירה חדש אשר מפגין תופעה קוואנטית הידועה למדענים בשם "תסבוכת טווח-ארוך" אשר עשויה להוביל לפיתוח סוג חדש של מערכות תקשורת, בין השאר.

QSL היה ידוע כתיאוריה עוד מאז 1987, אבל עד עכשיו אף אחד לא הצליח להוכיח את קיומו של חומר המקיים מצב כזה. לחוקרי MIT לקח עשרה חודשים לגדל פיסה קטנה של חומר בשם הרברטסמית'ייט – שהיה חשוד כחומר מסוג זה, אבל לא נחקר בצורה ראויה עד עכשיו (טוב, אם לוקח עשרה חודשים לגדל פיסה, אפשר להבין למה). החוקרים השתמשו בתהליך הנקרא "פיזור ניוטרונים" בו נורה זרם של ניוטרונים על חומר בכדי לנתח את המבנה שלו – ומצאו כי הרברטסמית'ייט הוא אכן QSL.

החוקרים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) אשר גילו את (QSL (Quantum Spin Liquid, מצאו כי הוא מאפשר גם מגנטיות מסוג חדש. המצב החדש עשוי להביא לפיתוחים מסעירים בתחום אחסון מידע (עוד על כך בהמשך).

כאשר מסתכלים על מגנטיות בהקשר טכנולוגי, יש רק שני סוגים של מגנטיות אליהן שווה להתייחס: פרומגנטיות, ואנטי-פרומגנטיות. פרומגנטיות היא התכונה המאפשרת למתכות כמו ברזל או ניקל להפוך למגנט קבוע, היות והאלקטרונים מסתובבים בפרומגנט בדיוק באותו כיוון, וכך יוצרים את המשיכה המגנטית. אנטיפרומגנטיות היא (מין הסתם) ההיפך.

באנטיפרומגנטיות אלקטרונים שכנים מסתובבים בדיוק ההיפך אחד מהשני, מה שמבטל את המגנטיות. אבל.. שני הסוגים הללו הם בדיוק מה שצריך בשביל ליצור שסתום סיבובי – זהו החיישן המגנטי בו נעשה שימוש בראשי קריאה-כתיבה של כוננים קשיחים.

כוחות מגנטיים בפעולה במגנטים מסורתיים

ב-QSL לעומת זאת, דברים הופכים להרבה יותר מוזרים. החומר בו נעשה שימוש הוא גביש מוצק (Solid Crystal) והכוח המגנטי שבו נמצא במצב נזיל ומשתנה כל הזמן. האלקטרונים משנים את כיוון הסיבוב שלהם בזמן שהם מתקשרים עם אלקטרונים שכנים.

"בגלל שיש תקשורת חזקה בינהם, ותודות לתופעות קוואנטיות, הם אינם ננעלים במקומם", מספר יאנג לי, החוקר הבכיר.

התקשורת הזו מאפשרת את תופעת תסבוכת הטווח הארוך שהופכת את העניינים לעוד יותר מעניינים. תופעה מטורפת זו מתארת מצב שבו אלקטרונים, פוטונים, מולקולות ואף חומרים בסדר גודל של יהלומים קטנים, שתיקשרו אחד עם השני ברמה תת-אטומית, ומשנים מיקום למקומות רחוקים זה מזה מפגינים תכונות קוואנטיות זהות תחת מדידות, ומגיבים למדידות בצורה זהה ובדיוק באותה מהירות, בלי תלות במרחק בינהם. כלומר, התקשורת בינהם מהירה יותר ממהירות האור.

הפוטנציאל של חומר כזה הוא דיי עצום. יאנג לי טוען כי גילויו יוביל לפיתוחים חדשים של מדיית אחסון מגנטית (כפי הנראה, תודות ליכולתו להחליף את שני סוגי המגנטים בחיישנים המגנטיים הקיימים בכוננים קשיחים נכון לעכשיו) , ותקשורת מהירה ביותר לטווח ארוך.

כמו כן, הוא מאמין כי QSL יוביל לפיתוח מוליכי-על שיכולים לפעול בטמפרטורות קרובות יותר לטמפרטורות חדר. כיום מוליכי על מסוגלים לתפקד רק בטמפרטורות נמוכות ביותר (כ-200 מעלות מתחת לאפס).

"אנו חייבים להמשיך לחקור בכדי לקבל תמונה כוללת ומדויקת יותר של החומר החדש", לי סיכם. "התיאוריה היכולה לתאר את כל מה שאנחנו רואים בפיתוח זה, פשוט אינה קיימת עדיין"

הדרך עוד ארוכה, אך האם זה אומר ש-SSD שוב מאבד את הסיכוי להחליף את הכוננים המגנטיים הישנים והטובים? שתפו אותנו בדעתכם בתגובות!