Kvantni magnetizam je nešto drugačiji od klasičnog, onog koji čini da se magnet “zalijepi” na frižider, jer na njegovu pojavu utiče takozvani spin atoma.
Ipak, njegovo ispitivanje je do sada bilo teško izvodljivo, jer je za praćenje spina, potrebno hlađenje atoma do izuzetno niskih temperatura i pronalaženje načina za "zarobljavanje" atoma.
Novo otkriće objavljeno u majskom izdanju žurnala Sajens (Science) nudi bolje razumijevanje superprovodljivosti, koja je najvjerovatnije povezana sa kvantnim svojstvima pojedinih materijala.
Nauka o spinu
Tim istraživača švajcarskog Federalnog tehnološkog instituta (ETH) u Cirihu bio je fokusiran na spin atoma, jer upravo to njegovo svojsvo utiče na klasični magnetizam - svi spinovi atoma u magnetnoj šipci usmjereni su u istom pravcu.
Kako bi ih proučavali u tom stanju, istraživači su morali da ohlade atome kalijuma do temperature bliske apsolutnoj nuli. Na taj način pozadinsko zračenje i toplota nijesu mogli da pokvare pogled na “guranje” i kretanje atoma kalijuma.
Naučnici su zatim napravili “optičku rešetku” - ispresijecani set laserskih zraka.
Zraci su interferirali jedni s drugima i stvarali oblasti visoke i niske potencijalne energije. Neutralni atomi bez napona smiještali su se u “šupljine” rešetke, odnosno oblasti sa najnižom energijom.
Povremeno su nasumice prolazili kroz “šupljine”, jer im kvantna priroda dozvoljava da budu na više mjesta u isto vrijeme ili da imaju različite količine energije.
Još jedan faktor koji određuje gdje atomi leže u optičkoj rešetki je pravac njihovog spina (gore ili dolje).
Dva atoma ne mogu biti u istoj šupljini, ako imaju iste spinove. To znači da atomi imaju tendenciju da prolaze u šupljine sa drugima koji imaju suprotan spin.
Poslije nekog vremena, linija atoma bi trebalo spontano da se organizuje prema spinovima.
Takvo ponašanje je različito u odnosu na materijale u makroskopskom svijetu, čija orijentacija varira u brojnim međustanjima; a to ponašanje je takođe razlog zbog kog većina predmeta nema magnetna svojsva - zato što se spinovi njihovih elektrona orijentišu nasumično i međusobno poništavaju.
Međutim, naučnici su otkrili da se spinovi atoma zapravo organizuju, barem u uslovima u kojima je izvođen eksperiment.
“Pitanje je, koja su magnetna svojstva ovih jednodimenzionalnih lanaca”, kaže Tilman Eslinger, profesor fizike na ETH u čijoj su laboratoriji eksperimenti izvođeni.
“Da li imam materijale sa ovim svojstvima? Kako to mogu iskoristiti?”
Kvantni magnetizam
Ovaj eksperiment otvara brojne mogućnosti za povećavanje broja atoma u rešetki, stvaranje dvodimenzijalnog rasporeda atoma, pa čak i trougaonih rešetki.
Da li red koji su naučnici uočili, može da se napravi i u sistemima većih razmjera je važno pitanje, jer magnetizam potiče od spina atoma kada su poređani u niz. Što bi se, na primjer, desilo da je rešetka izgledala drugačije?
Eslinger kaže da će u laboratoriji pokušati da napravi dvodimenzionalnu rešetku i ispitati takvo stanje.
