في ظل مجالات مغناطيسية قوية بما يكفي لدفع الإلكترونات نحو حدودها الكمية، فعل خماسي لوريد الزركونيوم (ZrTe₅) شيئًا تقول النظرية التقليدية إنه لا ينبغي أن يحدث. استمرت مقاومتها الكهربائية في التذبذب حتى بعد أن كانت الإلكترونات محصورة في أدنى مستوى طاقة متاح لها، مما دفع الباحثين نحو تفسير غير عادي متأصل في طوبولوجيا المادة.
يقول جوليو لاريا جيمينيز، الأستاذ في معهد الفيزياء بجامعة جنوب المحيط الهادئ (IF) والمؤسس المشارك ومدير مختبر المادة الكمومية في الظروف القاسية (LQMEC): “يوسع هذا العمل فهمنا لنقل الإلكترون في المراحل الغريبة من المادة، ويشير إلى أن العوازل الطوبولوجية تدعم نقل ليس فقط الشحنة الكهربائية، ولكن أيضًا درجة أساسية أخرى من الحرية: دوران الإلكترون”.
تتمتع العوازل الطوبولوجية بمزيج غير عادي من الخصائص: فداخلها يقاوم التوصيل الكهربائي، بينما يمكن لأسطحها أن تحمل التيار. يأتي هذا السلوك من طوبولوجيا نطاقاتها الإلكترونية، مما يعني البنية الكمومية الشاملة للحالات الإلكترونية المحمية بالتناظرات البلورية.
(أ) المقاومة الكهربائية للعازل الطوبولوجي ZrTe₅ تحت المجالات المغناطيسية الشديدة وفي درجات حرارة منخفضة؛ ( ب ) التذبذبات الكمومية غير الدورية أو الشاذة التي لوحظت في نظام المجال العالي. الائتمان: كاو كوفمان ريبيرو
عادةً، يؤدي تطبيق المجال المغناطيسي إلى إجبار الإلكترونات على الدخول في حالات طاقة منفصلة بدلاً من السماح بمدى مستمر من الطاقات المدارية. تُسمى هذه الحالات بمستويات لانداو، نسبة إلى الفيزيائي وعالم الرياضيات السوفييتي ليف لانداو (1908–1968). في المعادن النقية جدًا، تمر مستويات لانداو المتعاقبة عبر مستوى فيرمي – الحد الفاصل بين الحالات الإلكترونية المشغولة وغير المشغولة – مما يؤدي إلى ارتفاع المقاومة الكهربائية وانخفاضها بشكل دوري. تُعرف هذه التغييرات باسم تذبذبات شوبنيكوف-دي هاس، وتتكرر عادةً بدورية منتظمة في 1/B، حيث يمثل B شدة المجال المغناطيسي.
وتستمر التذبذبات الكمومية إلى ما هو أبعد من الحد المتوقع
“في المواد القريبة من تحولات الطور الطوبولوجي، قد تتوقف الإلكترونات عن التصرف مثل الجسيمات العادية داخل المعدن. تبدأ إثاراتها الإلكترونية في التصرف مثل أشباه الجسيمات المشابهة لفرميونات ديراك – أي الجسيمات النسبية. في عملنا، أظهرنا أن دوران أشباه الجسيمات يلعب دورًا مركزيًا: عندما نطبق مجالات مغناطيسية قوية، فإن التفاعل بين الدوران والمجال المغناطيسي يغير بشكل عميق مستويات طاقة الإلكترونات. ونتيجة لذلك، فإن مستويات لانداو التي تتحرك عادة بعيدًا عن يقول كوفمان: “يمكن للطاقة ذات الصلة في النظام أن “تعود” وتعبرها مرة أخرى. وهذا السلوك غير المعتاد هو ما نسميه مستويات لانداو العائدة”.
يتم الجمع بين تأثيرين لإنتاج هذا السلوك. تأتي طاقة السيكلوترون من الحركة المدارية للإلكترونات في المجال المغناطيسي، في حين يصف تأثير زيمان كيفية اقتران المجال بدوران الإلكترون. في ZrTe₅، الذي يتمتع بتفاعل مداري قوي، لا يمكن اعتبار هذه المساهمات بشكل مستقل. يتشابك دوران الإلكترون والحركة المدارية، مما يتسبب في تطور مستويات الطاقة بشكل غير خطي مع تغير المجال المغناطيسي.
“ما رأيناه هو أن التأثير لا ينبع من تفاعلات العديد من الجسم، بل من طوبولوجيا غير تافهة للنطاقات الإلكترونية،” يلخص لاريا.
وبدلاً من الحاجة إلى تفسيرات فيزيائية منفصلة، يشير التحليل الجديد إلى أن هذه السلوكيات قد تنشأ جميعها من نفس البنية الإلكترونية الأساسية لديراك. ما يتغير من عينة إلى أخرى قد يكون في المقام الأول كثافة الموجة الحاملة وحجم سطح فيرمي، وهو الحد في مساحة الزخم التي تفصل بين حالات الإلكترون غير المشغولة.
يفسر تداخل الدوران شذوذ درجة الحرارة
كشفت التجارب عن ميزة أخرى غير متوقعة. تحتوي التذبذبات على مساهمتين منفصلتين مرتبطتين بحالات إلكترونية مفصولة بالدوران. ولأن تلك الحالات لها كتل فعالة مختلفة، فإن إشاراتها تتداخل مع بعضها البعض.
قدمت قياسات المقاومة المغناطيسية الزاوية جزءًا آخر من الصورة. في المجالات المغناطيسية المنخفضة، أشاروا إلى أن ZrTe₅ له سطح فيرمي ثلاثي الأبعاد وإهليلجي تقريبًا. كان التقدير الناتج لكثافة الموجة الحاملة منخفضًا للغاية، حوالي 10¹⁶ لكل سنتيمتر مكعب، مما يدعم الاستنتاج القائل بأن المادة قريبة جدًا من التحول الطوبولوجي.
وبعيدًا عن تفسير التذبذبات غير العادية، فإن النتائج تعزز دور ZrTe₅ كمنصة لاستكشاف المراحل الطوبولوجية الأخرى للمادة. يقترح الباحثون أن ضبط التماثلات البلورية، وكثافة الناقل، والإجهاد الميكانيكي، ودرجة الحرارة، والمجال المغناطيسي بعناية، يمكن أن ينتج حالات أكثر غرابة، بما في ذلك المراحل التي تتضمن أشباه جسيمات ويل. “لقد قدمت تجربتنا أول عرض تجريبي لعملية كانت في السابق محاطة بالجدل،” يلخص لاريا.
تم دعم العمل أيضًا بواسطة FAPESP من خلال ملف منحة المحقق الشاب منحت لاريا وحصلت على تمويل من مؤسسات أمريكية، بما في ذلك مختبر لوس ألاموس الوطني، والمختبر الوطني للمجال المغناطيسي العالي، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ووزارة الطاقة الأمريكية.
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
المصدر الأصلي: scitechdaily.com
تاريخ النشر لدى المصدر: 2026-08-23 04:54:00
كاتب المصدر: José Tadeu Arantes, São Paulo Research Foundation
نُقل هذا المحتوى آلياً من المصدر المشار إليه أعلاه، وتبقى حقوق المحتوى والمعلومات للمصدر الأصلي. قد يخضع النص لمعالجة أو ترجمة آلية قبل النشر.
مشاهدة تذبذبات كمومية غريبة تكشف عن فيزياء جديدة في مادة غريبة
يذكر بـأن الموضوع التابع لـ تذبذبات كمومية غريبة تكشف عن فيزياء جديدة في مادة غريبة قد تم نشرة ومتواجد على قد تم نشرة اليوم ( ) ومتواجد على بتوقيت بيروت_ beiruttime ( لبنان ) وقد قام فريق التحرير في برس بي بالتاكد منه وربما تم التعديل علية وربما قد يكون تم نقله بالكامل اوالاقتباس منه ويمكنك قراءة ومتابعة مستجدادت هذا الخبر او الموضوع من مصدره الاساسي.
التفاصيل من المصدر - اضغط هنا :::
وختاما نتمنى ان نكون قد قدمنا لكم من موقع Pressbee تفاصيل ومعلومات، تذبذبات كمومية غريبة تكشف عن فيزياء جديدة في مادة غريبة.
في الموقع ايضا :