آخرین خبر/فیزیکدانان وزارت انرژی ایالات متحده فاز جدیدی از ماده را کشف کرده‌اند – و با عرض پوزش از جورج آر. آر. مارتین، این چیزی شبیه به «آهنگ یخ و آتش» است.

به نقل از ، این دو پژوهشگر از آزمایشگاه ملی بروکهیون در نیویورک، این کشف را در حین مطالعه یک ماده مغناطیسی مدل تک‌بعدی، یعنی اکسید مس-ایریدیم Sr3CuIrO6، انجام دادند.
این فاز جدید به شکل الگویی از اسپین‌های الکترونی ظاهر می‌شود – نیمی از آن‌ها بسیار منظم یا «سرد» هستند، و نیمی دیگر بسیار بی‌نظم یا «داغ» هستند، از این رو محققان به آن لقب «نیمه یخ، نیمه آتش» داده‌اند.
ویگو یین، نویسنده مقاله، در بیانیه‌ای اظهار داشت: «یافتن حالت‌های جدید با ویژگی‌های فیزیکی عجیب – و توانایی درک و کنترل گذار بین این حالت‌ها – مسائل اصلی در زمینه‌های فیزیک ماده چگال و علم مواد هستند. حل این مسائل می‌تواند به پیشرفت‌های بزرگی در فناوری‌هایی مانند محاسبات کوانتومی و اسپینترونیک منجر شود.»

«نیمه یخ، نیمه آتش»؛ دوقلوی پنهان
«نیمه یخ، نیمه آتش» در واقع دوقلوی پنهان فاز «نیمه آتش، نیمه یخ» است که این دو پژوهشگر در اوایل سال ۲۰۲۴ پس از بیش از یک دهه مطالعه رفتارهای فازی ماده فرومغناطیسی Sr3CuIrIrO6، آن را توصیف کردند.
حالت «نیمه آتش، نیمه یخ» که توسط اعمال میدان مغناطیسی خارجی ایجاد می‌شود، اسپین‌های بی‌نظم و «داغ» را بر روی اتم‌های مس، و اسپین‌های کاملاً منظم و «سرد» را بر روی جایگاه‌های ایریدیم در ماده نشان می‌دهد.
الکسی تسوِیک، یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «اما با وجود تحقیقات گسترده ما، هنوز نمی‌دانستیم که چگونه می‌توان از این حالت استفاده کرد.»
او افزود: «به خصوص به این دلیل که یک قرن است به خوبی شناخته شده است که مدل آیزینگ تک‌بعدی – یک مدل ریاضی تثبیت شده از فرومغناطیس که حالت نیمه آتش، نیمه یخ را تولید می‌کند – گذار فاز دمایی محدود ندارد. ما قطعاتی از پازل را کم داشتیم.»
گامی به سوی فناوری‌های نوین
 
تصویری که در زیر مشاهده می‌شود، حالت «نیمه آتش، نیمه یخ» (پایین) و همتای آن، «نیمه یخ، نیمه آتش» (بالا) را نشان می‌دهد؛ نمودار سمت راست، که تغییر آنتروپی مغناطیسی بر حسب دما را نمایش می‌دهد، محل ظهور فاز اول (نقطه سیاه) و محل پنهان شدن فاز دوم را مشخص می‌کند.

در مطالعه جدید، محققان نشان داده‌اند که گذار فاز «ممنوعه» تنها در یک محدوده دمایی بسیار باریک قابل دستیابی است.
و بنابراین، هنگامی که اسپین‌های «داغ» و «سرد» موقعیت خود را تغییر می‌دهند، فاز «نیمه آتش، نیمه یخ» به جای آن به همتای «نیمه یخ، نیمه آتش» خود تبدیل می‌شود.
تیم توضیح داد که چنین تغییر فاز فوق‌تیزی با تغییرات عظیم در آنتروپی می‌تواند در فناوری‌های تبرید آینده به کار رود.
این پدیده همچنین می‌تواند برای توسعه نوع جدیدی از ذخیره‌سازی داده استفاده شود، که در آن فازها خود به عنوان بیت‌های اطلاعاتی عمل می‌کنند.
تسوِیک گفت: «ما پیشنهاد می‌کنیم که یافته‌های ما ممکن است دریچه جدیدی را برای درک و کنترل فازها و گذارهای فازی در مواد خاص بگشاید.»
یین افزود: «در مرحله بعد، ما قصد داریم پدیده آتش-یخ را در سیستم‌هایی با اسپین‌های کوانتومی و با درجات آزادی شبکه‌ای، بار و اوربیتالی اضافی بررسی کنیم.»
او در پایان گفت: «درب به روی امکانات جدید اکنون کاملاً باز است.»

خبرنگار: زینب مومن زاده