Các nhà nghiên cứu Đức tuyên bố, có thể nhận biết một trạng thái vật chất kỳ lạ mà các nhà vật lý gọi là “chất lỏng spin lượng tử” bằng các electron trong một cấu trúc tinh thể dạng rỗ tổ ong. Công trình này được các nhà khoa học của các trường Đại học Stuttgart và Wurzburg, Đức thực hiện.
Các electron bên trong một tinh thể tồn tại ở những trạng thái khác nhau. Trong nhiều trường hợp, chính cấu trúc tinh thể quyết định việc vật liệu này là một kim loại với độ dẫn điện hạn chế, hoặc nó là một chất cách điện không mang dòng điện. Nhưng cũng tồn tại các vật liệu cách điện, có các cấu trúc ti nh thể cho thấy chúng lẽ ra hoạt động giống như các kim loại. Những vật liệu này được gọi là “các chất cách điện Mott” và chính lực đẩy giữa các electron, làm kiềm chế hành vi mang tính kim loại, ví dụ như các electron được gắn với các nguyên tử.
Những electron bị cục bộ hóa này có xu hướng tạo ra một trật tự để làm hạ nhiệt độ, ví dụ như ở các cấu trúc từ tính. Tuy nhiên, một “chất lỏng spin lượng tử” là một chất cách điện Mott phi từ tính được ổn định hóa hoàn toàn bởi các hiệu ứng cơ lượng tử. Các electron bên trong một chất lỏng spin lượng tử chống lại với xu hướng tạo ra trật tự để làm giảm nhiệt độ xuống tới thấp nhất, trên đà hạ xuống độ không tuyệt đối ở âm 273 độ C. Xu hướng trật tự này bị ngăn chặn bởi những dao động cơ học của các electron thậm chí ở cả nhiệt độ không tuyệt đối (các dao động lượng tử). Để việc này xảy ra, các dao động lượng tử phải đủ lớn, việc này hiếm khi xảy ra trong tự nhiên và khó nhận ra trong các mô hình thực tiễn.
Giờ đây, các nhà lý thuyết của hai trường đại học đã chứng tỏ rằng một chất lỏng spin lượng tử tồn tại trong một mô hình các electron tương tác lượng tử. Trong nghiên cứu của mình, họ đã sử dụng các mô phỏng máy tính quy mô lớn, để tính tới cả các tương tác giữa các electron và các dao động lượng tử của chúng.
Chất lỏng spin lượng tử mà nhóm nghiên cứu khám phá diễn ra ở các vật liệu trong đó các nguyên tử hình thành nên một dãy các hình lục giác hai chiều, tuần hoàn, vì vậy mà thể hiện rõ một lưới rỗ tổ ong. Cấu trúc tinh thể này có trong graphen, một cấu hình các-bon hai chiều, mới được tổng hợp gần đây.
Trong nghiên cứu của mình, nhóm đã phân tích các pha phức hợp của các hệ nhiều hạt lượng tử tương tác mạnh. Họ đã phát hiện ra pha chất lỏng spin lượng tử, trong khi nghiên cứu các giai đoạn chuyển giao tiềm năng giữa các pha kim loại và dẫn điện trong một mô hình dành cho Graphen. Trong vùng lân cận giữa những giai đoạn chuyển giao như vậy, các dao động lượng tử được tăng cường mạnh và phá vỡ bất cứ một trật tự từ tính nào. Các nhà khoa học có thể loại bỏ các dạng trật tự điện tử khác từ một phân tích tổng quát. Nhóm nghiên cứu cho biết, một nghiên cứu như vậy chỉ có thể thực hiện được với sự hỗ trợ của các siêu máy tính hiện đại. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hi vọng sẽ áp dụng các mô phỏng về các tương tác electron mạnh vào việc thiết kế các vật liệu thể hiện các trạng thái mới lạ của vật chất, bao gồm chất lỏng spin lượng tử.
xaydungvietnam.vn - theo vista.gov.vn