کشف آلترمغناطیس برنده معتبرترین جایزه فیزیک اروپا شد

کشف آلترمغناطیس (Altermagnetism) که به‌عنوان سومین گونه بنیادی نظم مغناطیسی در کنار فرومغناطیس و پادفرومغناطیس شناخته می‌شود موفق به دریافت جایزه یوروفیزیک ۲۰۲۶ (Europhysics Prize) از سوی بخش فیزیک ماده چگال انجمن فیزیک اروپا (European Physical Society - EPS) شد. این دستاورد یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های سال‌های اخیر در فیزیک ماده چگال به شمار می‌رود و می‌تواند مسیر توسعه نسل جدید فناوری‌های کوانتومی و اسپین‌ترونیکی را متحول کند.

به گزارش گروه ترجمه خرگزاری برنا به نقل از ساینس دیلی، این جایزه به خایرو سینووا از دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتس آلمان، لیبور اشمیکال و توماش یونگ‌ویرث به پاس بنیان‌گذاری و معرفی آلترمغناطیس به‌عنوان شکلی کاملا جدید از نظم مغناطیسی اعطا شده است.

پایان یک تصور صد ساله درباره مغناطیس

برای بیش از یک قرن فیزیک‌دانان بر این باور بودند که تمامی مواد مغناطیسی هم‌خط (Collinear Magnets) تنها در دو دسته اصلی فرومغناطیس و پادفرومغناطیس قرار می‌گیرند.

در مواد فرومغناطیس گشتاور‌های مغناطیسی اتم‌ها در یک جهت قرار می‌گیرند و در نتیجه ماده دارای مغناطش خالص است، ویژگی‌ای که اساس عملکرد حافظه‌های مغناطیسی متداول محسوب می‌شود. در مقابل در مواد پادفرومغناطیس گشتاور‌های مغناطیسی در جهت‌های مخالف قرار گرفته و یکدیگر را خنثی می‌کنند بنابراین این مواد مغناطش خالص ندارند و رفتار الکترونیکی متفاوتی از فرومغناطیس‌ها از خود نشان می‌دهند، اما کشف آلترمغناطیس نشان داد این تقسیم‌بندی کلاسیک کامل نبوده است.

آلترمغناطیس؛ ترکیبی از ویژگی‌های دو جهان

مواد آلترمغناطیس از یک سو مانند پادفرومغناطیس‌ها فاقد مغناطش کلی هستند اما از سوی دیگر ویژگی‌های الکترونیکی‌ای از خود بروز می‌دهند که پیش‌تر تنها در فرومغناطیس‌ها مشاهده شده بود. این ترکیب منحصر‌به‌فرد امکان ایجاد جریان‌های الکتریکی با قطبش اسپینی بسیار بالا و همچنین دینامیک مغناطیسی فوق‌سریع را فراهم می‌کند.

به همین دلیل پژوهشگران معتقدند آلترمغناطیس می‌تواند به یکی از مهم‌ترین بستر‌های توسعه فناوری اسپین‌ترونیک تبدیل شود، حوزه‌ای که به جای استفاده صرف از بار الکتریکی الکترون‌ها از اسپین آنها برای پردازش و ذخیره‌سازی اطلاعات بهره می‌گیرد.

جایزه‌ای برای کشفی که یک پارادایم علمی را تغییر داد

خایرو سینووا مدیر مرکز بین‌رشته‌ای پدیده‌های اسپینی (SPICE) در دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتس درباره اهمیت این دستاورد گفت: این جایزه از یک کشف بنیادی تقدیر می‌کند که یکی از تثبیت‌شده‌ترین پارادایم‌های فیزیک ماده چگال را به چالش کشید. اینکه پس از بیش از صد سال مشخص شود یک فاز مغناطیسی کاملا جدید تاکنون پنهان مانده بود نشان می‌دهد حتی بالغ‌ترین شاخه‌های علم نیز هنوز می‌توانند شگفتی‌های بنیادین در خود داشته باشند.

همکاری بین‌المللی؛ از نظریه تا کشف

آلترمغناطیس حاصل همکاری چندین ساله گروه تحقیقاتی سینووا در دانشگاه ماینتس و گروه توماش یونگ‌ویرث در موسسه فیزیک آکادمی علوم جمهوری چک در پراگ است.

لیبور اشمیکال که هم‌زمان با موسسه فیزیک پراگ نیز همکاری داشت از سال ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۴ در دانشگاه ماینتس فعالیت می‌کرد. او ابتدا به‌عنوان دانشجوی دکتری و سپس پژوهشگر پسادکتری در این دانشگاه مشغول به کار شد و طی هشت سال نقش محوری در توسعه مبانی نظری آلترمغناطیس ایفا کرد.

پژوهشگران با ترکیب نظریه‌های مدرن تقارن و مفاهیم اسپین‌ترونیک موفق شدند نوعی کاملا متفاوت از نظم مغناطیسی را شناسایی کنند، پیش‌بینی‌ای که به سرعت توجه گروه‌های آزمایشگاهی سراسر جهان را جلب کرد.

پس از انتشار پیش‌بینی‌های نظری پژوهشگران در کشور‌های مختلف با استفاده از روش‌های گوناگون وجود آلترمغناطیس را در چندین ماده تایید کردند. از جمله مهم‌ترین این روش‌ها می‌توان به طیف‌سنجی فتوالکترون گسیل زاویه‌تفکیک‌شده (ARPES) اشاره کرد. این روش انرژی و حرکت الکترون‌ها را درون مواد بررسی می‌کند و همچنین اندازه‌گیری‌های انتقال الکتریکی نیز شواهد مستقلی از وجود این نظم مغناطیسی جدید ارائه کردند.

کشف تقارن‌هایی که یک قرن نادیده گرفته شده بودند

ریشه کشف آلترمغناطیس به مطالعات نظری درباره پدیده‌های غیرمعمول انتقال مغناطیسی بازمی‌گردد از جمله پیش‌بینی اثر هال نابهنجار بلوری (Crystal Anomalous Hall Effect).

در ابتدا تصور می‌شد این ویژگی‌ها تنها به برخی مواد خاص محدود باشند، اما بررسی‌های بیشتر نشان داد علت اصلی آنها وجود نوعی فاز مغناطیسی جدید است که توسط تقارن‌های اسپینی کنترل می‌شود، تقارن‌هایی که در طبقه‌بندی‌های سنتی مغناطیس تاکنون مورد توجه قرار نگرفته بودند.

در سال ۲۰۲۲ این گروه پژوهشی نخستین طبقه‌بندی جامع مبتنی بر تقارن برای آلترمغناطیس را ارائه و صد‌ها ماده را معرفی کرد که احتمال می‌رود این ویژگی را از خود نشان دهند.

پیامد‌های علمی فراتر از فناوری

اهمیت آلترمغناطیس تنها به توسعه تجهیزات آینده محدود نمی‌شود. این کشف یک رده جدید از تقارن‌های ماده را تعریف می‌کند و ارتباط‌های تازه‌ای میان حوزه‌هایی مانند فیزیک توپولوژیک، ابررسانایی نامتعارف و مواد کوانتومی با برهم‌کنش‌های قوی ایجاد کرده است.
از نگاه پژوهشگران این دستاورد می‌تواند درک دانشمندان از رفتار مواد کوانتومی را دگرگون کرده و مسیر‌های جدیدی را برای مطالعه فیزیک ماده چگال بگشاید.

رشد سریع یک حوزه پژوهشی

تنها طی چند سال آلترمغناطیس به یکی از پرشتاب‌ترین حوزه‌های پژوهشی در فیزیک ماده چگال تبدیل شده است. امروزه گروه‌های تحقیقاتی متعددی در اروپا، آمریکای شمالی و آسیا روی این موضوع کار می‌کنند و تاکنون صد‌ها مقاله علمی درباره آن منتشر شده است. همچنین این موضوع به یکی از محور‌های اصلی کنفرانس‌های بین‌المللی فیزیک تبدیل شده است.

جایزه یوروفیزیک که از سال ۱۹۷۵ به دستاورد‌های برجسته فیزیک ماده چگال اعطا می‌شود یکی از معتبرترین افتخارات این حوزه در اروپا محسوب می‌شود و به پژوهش‌هایی تعلق می‌گیرد که تاثیر چشمگیری بر پیشرفت این رشته داشته باشند.

قرار است خایرو سینووا، لیبور اشمیکال و توماش یونگ‌ویرث این جایزه را در سی‌ودومین کنفرانس عمومی بخش فیزیک ماده چگال انجمن فیزیک اروپا (CMD۳۲) که در سپتامبر ۲۰۲۶ در شهر گراتس اتریش برگزار می‌شود دریافت کنند.

انتهای پیام/