اپتیک و کوانتوم

انتظار می‌رود طی چند دهه، پیشرفت فناوری کوانتومی چندین بخش مهم جامعه را متحول کند و راه را برای امکانات کاملاً جدید فناوری در ارتباطات و انرژی هموار کند. ویژگی‌های عجیب و غریب ذرات کوانتومی که کاملاً از قوانین فیزیک کلاسیک منحرف می‌شوند و می‌توانند مواد را مغناطیسی یا ابررسانا کنند، برای محققان در این زمینه جالب توجه است. با افزایش درک دقیقاً چگونگی و چرایی ایجاد این نوع حالات کوانتومی، هدف این است که بتوانیم مواد را برای به دست آوردن خواص مکانیکی کوانتومی کنترل و دستکاری کنیم. تاکنون محققان تنها توانسته‌اند رفتارهای کوانتومی مانند مغناطیس و ابررسانایی را در دماهای بسیار سرد القا کنند. بنابراین، پتانسیل تحقیقات کوانتومی هنوز به محیط‌های آزمایشگاهی محدود است.

در حال حاضر، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه استکهلم و موسسه نوردیک فیزیک نظری (NORDITA) در سوئد، دانشگاه کانکتیکات و آزمایشگاه شتاب دهنده ملی SLAC در ایالات متحده، موسسه ملی علوم مواد در Tsukuba، ژاپن، Elettra-Sincrotrone Trieste دانشگاه "Sapienza" رم و دانشگاه Ca' Foscari ونیز در ایتالیا، اولین دانشگاهی در جهان است که در آزمایشی نشان داد که چگونه نور لیزر می‌تواند مغناطیس را در یک ماده غیر مغناطیسی در دمای اتاق القا کند. در این مطالعه که در Nature منتشر شد، محققان ماده کوانتومی استرانسیوم تیتانات را در معرض پرتوهای لیزری کوتاه اما با شدت بالا  قرار دادند تا مغناطیس القا شود.

رهبر پژوهش در دانشگاه استکهلم و در دانشگاه Ca' Foscari ونیز، می‌گوید: «این اولین باری است که توانسته‌ایم در آزمایشی چگونگی مغناطیسی شدن مواد در دمای اتاق را القاء کنیم و به وضوح ببینیم که چگونه ماده مغناطیسی می‌شود. علاوه بر این، رویکرد ما امکان ساخت مواد مغناطیسی را از بسیاری از عایق‌ها فراهم می‌کند، در حالی که آهن رباها معمولاً از فلزات ساخته می‌شوند. در درازمدت، این تحقیق برای کاربردهای کاملاً جدید در جامعه باز می‌شود.»

الکساندر بالاتسکی، پروفسور فیزیک در NORDITA می‌گوید: «این برای سوئیچ‌های مغناطیسی فوق‌سریع که می‌توانند برای انتقال سریع‌تر اطلاعات و ذخیره‌سازی به‌طور قابل‌توجهی داده‌ها بهتر مورد استفاده قرار گیرند، و برای رایانه‌هایی که به‌طور قابل‌توجهی سریع‌تر و با انرژی کارآمدتر هستند، باز می‌شود.» در واقع، نتایج این تیم قبلاً در چندین آزمایشگاه دیگر بازتولید شده است، و انتشاری در همان شماره Nature نشان می‌دهد که می‌توان از این رویکرد برای نوشتن و در نتیجه ذخیره اطلاعات مغناطیسی استفاده کرد. فصل جدیدی در طراحی مواد جدید با استفاده از نور باز شده است.

Stefano Bonetti, Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO3, Nature (2024).

DOI: 10.1038/s41586-024-07175-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07175-9