นักฟิสิกส์พบ ‘ปุ่มควบคุม’ ใหม่สำหรับโลกทอพอโลยีควอนตัม

จากการวิจัยของ Zahid Hasanจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันและเพื่อนร่วมงานในสหรัฐอเมริกา จีน และไต้หวันพบว่าโลหะผสม “ทอพอโลยี” ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กอย่างรุนแรงอย่างน่าประหลาดใจ วัสดุที่เป็นชั้นสามารถแยกออกได้ง่ายเพื่อสร้างพื้นผิวที่มีโครงสร้างผลึกรังผึ้งที่มีความสมมาตรในการหมุนหกเท่า เมื่อศึกษาพื้นผิว Hasan และเพื่อนร่วมงานพบว่าความสมมาตรของ

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ไม่ตรงกับโครงสร้างอะตอม

วัสดุที่มีคุณสมบัติที่ตอบสนองอย่างแรงต่อสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กเป็นสิ่งที่น่าสนใจเพราะมีประโยชน์มากสำหรับการใช้งานทางเทคโนโลยี ยกตัวอย่างเช่น แม่เหล็กต้านทานแรงแม่เหล็กขนาดยักษ์ (GMR) ที่ใช้ในเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กที่หลากหลาย โดยเฉพาะในฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ วัสดุเหล่านี้มีความต้านทานที่เปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่ออยู่ภายใต้สนามแม่เหล็ก

เราพบปุ่มควบคุมใหม่สำหรับโลกทอพอโลยีควอนตัมซาฮิด ฮาซันสมบัติเชิงทอพอโลยีสามารถเกิดขึ้นได้ในวัสดุที่มีการมีเพศสัมพันธ์ทางกลควอนตัมอย่างแรงระหว่างสปินและโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรของอิเล็กตรอน บนพื้นผิวของวัสดุบางชนิด คัปปลิ้งแบบสปิน-ออร์บิทนี้สามารถล็อคการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปยังสปินของมัน ป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนกระเจิง ส่งผลให้เกิดฉนวนทอพอโลยีที่นำอิเล็กตรอนบนพื้นผิว แต่ไม่อยู่ในปริมาณมาก เนื่องจากการหมุนของอิเล็กตรอนสัมพันธ์กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ วัสดุแม่เหล็กใดๆ ที่มี coupling ของสปิน-ออร์บิทที่แข็งแรงอาจมีคุณสมบัติทอพอโลยีที่แปลกใหม่และอาจมีประโยชน์คริสตัลคลีฟในของแข็งผลึกธรรมดา โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์โดยปกติมีความสมมาตรเหมือนกันกับโครงข่ายอะตอมโดยรอบ แต่แทนที่จะมีความสมมาตร 6 เท่าที่คาดไว้ นักวิจัยพบว่าโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์บนพื้นผิวของโลหะผสมเหล็ก-ดีบุก มีความสมมาตรในการหมุนสองเท่า

“เราคาดว่าจะพบบางสิ่งบางอย่างถึง 6 เท่า เช่นเดียวกับวัสดุทอพอโลยีอื่นๆ แต่เราพบสิ่งที่ไม่คาดคิดโดยสิ้นเชิง” Songtian Sonia Zhang จาก Princeton กล่าว “เราสืบสวนต่อไป และพบสิ่งที่ไม่คาดฝันมากขึ้น เป็นเรื่องที่น่าสนใจเพราะนักทฤษฎีไม่ได้ทำนายไว้เลย เราเพิ่งค้นพบสิ่งใหม่”

เซอร์ไพรส์สุดๆ

ความประหลาดใจที่ยิ่งใหญ่ต่อไปคือแกนที่กำหนดความสมมาตรสองเท่าสามารถหมุนได้โดยใช้สนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์สามารถจัดวางในทิศทางใดก็ได้ที่ผู้วิจัยเลือก

ทีมงานของ Hasan ไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมสนามแม่เหล็กจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ อันที่จริง การตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กนั้นแรงกว่าที่ทฤษฎีปัจจุบันประมาณ 100 เท่า ความหมายก็คือ ปัจจัยgของอิเล็กตรอนของวัสดุ ซึ่งสัมพันธ์กับโมเมนต์แม่เหล็กของอนุภาคกับการหมุนของมัน มีค่ามากกว่าอิเล็กตรอนในพื้นที่ว่างประมาณ 100 เท่า

Hasan กล่าวว่า “ไม่มีใครคาดการณ์ได้ว่าในวัสดุทอพอโลยี” “เอฟเฟกต์ควอนตัมขนาดมหึมาและปรับได้นี้เปิดโอกาสสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมและนาโนเทคโนโลยีชนิดใหม่” เขาเชื่อว่าทีมของเขาได้พบ “ปุ่มควบคุมใหม่” สำหรับโลกโทโพโลยีควอนตัม “เราคาดว่านี่จะเป็นส่วนเล็กๆ ของภูเขาน้ำแข็ง” เขากล่าวเสริม “จะมีสาขาย่อยใหม่ของวัสดุหรือฟิสิกส์ที่เติบโตขึ้นจากสิ่งนี้”

David Hsieh  จาก Caltech ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าวเสริมว่าการวิจัยอาจเป็นหลักฐานของขั้นตอนควอนตัมใหม่ของสสาร “นั่นสำหรับฉัน น่าตื่นเต้น” เขากล่าว “พวกเขาได้ให้เบาะแสบางอย่างที่อาจมีสิ่งที่น่าสนใจเกิดขึ้น แต่ต้องมีการติดตามผลอีกมาก ไม่ต้องพูดถึงการสนับสนุนทางทฤษฎีเพื่อดูว่าอะไรเป็นสาเหตุของสิ่งที่พวกเขาเห็นจริงๆ”

ข้อมูลจาก ทีมวิจัยจากสหรัฐอเมริกา 

สวีเดน และสหราชอาณาจักรระบุว่าข้อมูลภูมิอากาศจากศตวรรษที่ผ่านมาและข้อมูลยุค Paleoclimate จากช่วง 100,000 ปีที่ผ่านมาทั้งคู่มีสัญญาณรบกวนสีชมพู การค้นพบนี้บ่งชี้ว่าเสียงสีชมพูเป็นคุณลักษณะของความแปรปรวนของสภาพอากาศตามธรรมชาติ

เสียงสีชมพูเป็นแบบสุ่ม โดยทุกอ็อกเทฟมีพลังงานในปริมาณเท่ากัน มันยังเกิดขึ้นในแผ่นดินไหว ความส่องสว่างของดวงดาว และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นอยส์สีชมพูมีส่วนประกอบความถี่ต่ำมากกว่าสัญญาณรบกวนสีขาว และได้รับชื่อเป็นแสงที่มองเห็นได้ด้วยสเปกตรัมพลังงานนั้นจะปรากฏเป็นสีชมพู

“เราพบว่าพฤติกรรมของเสียงสีชมพูที่สังเกตได้นั้นมาจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศของโลก ซึ่งแสดงให้เห็นผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นได้มากมาย บางทีสิ่งที่สำคัญที่สุดคือ ‘เรโซแนนซ์’ ซึ่งประมวลผลคู่และขยายภาวะโลกร้อน” John Wettlaufer จากมหาวิทยาลัยเยลกล่าว เรา. “คำถามสำคัญในวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศร่วมสมัยเกี่ยวข้องกับบทบาทที่สัมพันธ์กันของความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศตามธรรมชาติและการบังคับของมนุษย์ – การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของมนุษย์ – ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ในลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นอย่างมากในหลายช่วงเวลาซึ่งส่วนใหญ่อยู่เหนือชีวิตมนุษย์ทั่วไป”

เสียงสีชมพูอาจสะท้อนด้วยการบังคับความถี่ต่ำเช่นจากเอฟเฟกต์ที่มนุษย์สร้างขึ้น Wettlaufer และเพื่อนร่วมงานเชื่อ

การวิเคราะห์ของพวกเขาเปิดเผยว่าช่วงเวลาที่สัญญาณรบกวนสีชมพูปรากฏในสัญญาณสภาพอากาศขึ้นอยู่กับที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ เสียงรบกวนอาจเกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนของโลก – ทีมงานจะทำการตรวจสอบกลไกต่อไป

Wettlaufer และเพื่อนร่วมงานจาก Yale, University of Oxford และ Stockholm University ได้วิเคราะห์อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยรายเดือนจากปี 1901 ถึง 2012 โดยสถาบัน Goddard Institute for Space Studies ประเทศสหรัฐอเมริกา พร้อมด้วยข้อมูลจากพร็อกซีสภาพอากาศ เช่น การวัดไอโซโทปในแกนน้ำแข็งและการก่อตัวของถ้ำ ย้อนหลังไปมากกว่า 100,000 ปี ข้อมูลทั้งก่อนอุตสาหกรรมและหลังอุตสาหกรรมแสดงความผันผวนของอุณหภูมิที่สามารถอธิบายได้ว่าเป็นเสียงสีชมพู

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์