ตัวนำยิ่งยวดสามารถเปลี่ยนโมเมนต์แม่เหล็กของแม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยวที่วางทับไว้ได้ ปรากฏการณ์ใหม่นี้ ค้นพบโดยนักวิจัยในอิตาลี เกิดขึ้นเนื่องจากการขุดอุโมงค์ควอนตัมของสปินแม่เหล็ก และอาจนำไปใช้ประโยชน์ในเทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัมในอนาคต แม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยวเป็นวัสดุพาราแมกเนติกที่สามารถสลับการทำให้เป็นแม่เหล็กระหว่างสองสถานะ เช่น “หมุนขึ้น” และ “หมุนลง”
ที่อุณหภูมิต่ำ โมเลกุลเชิงซ้อนเหล่านี้จะคงสถานะแม่เหล็ก
ไว้แม้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก เนื่องจากการย้อนกลับของการทำให้เป็นแม่เหล็กจะทำให้พวกมันต้องเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงาน เอฟเฟกต์ “หน่วยความจำ” แบบแม่เหล็กนี้สามารถใช้ประโยชน์ได้ในแอพพลิเคชั่นสปินทรอนิกส์และการคำนวณควอนตัมเนื่องจากสปินสามารถทำหน้าที่เป็นควอนตัมบิตหรือคิวบิตที่เสถียร
ตามที่ผู้เขียนนำการศึกษาGiulia Serranoการรวมกันของแม่เหล็กโมเลกุลและตัวนำยิ่งยวดเป็นหัวข้อการวิจัยที่ร้อนแรงในปัจจุบัน ในบรรดาการค้นพบอื่น ๆ นักวิจัยได้ค้นพบว่าโมโนเลเยอร์ของโมเลกุลพาราแมกเนติกสามารถมีอิทธิพลต่ออุณหภูมิที่ชั้นวัสดุที่อยู่ติดกันกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด (นั่นคือการนำไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทาน) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดT cนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโมโนเลเยอร์แบบพาราแมกเนติกจะสร้างสถานะเฉพาะที่ในแถบรัดของตัวนำยิ่งยวด
อิทธิพลของการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวด Serrano และเพื่อนร่วมงานใน กลุ่มของ Roberta Sessoliที่มหาวิทยาลัยฟลอเรนซ์ได้พบว่าปฏิสัมพันธ์นี้ยังทำงานในแง่ตรงกันข้าม: วัสดุที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงของตัวนำยิ่งยวดสามารถมีอิทธิพลต่อพลศาสตร์การหมุนของแม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยวที่อยู่ใกล้เคียง ในการทดลอง นักวิจัยได้ศึกษากลุ่มของอะตอมของเหล็ก 4 อะตอม (Fe 4 ) ที่รวมอยู่ในโครงสร้างของโมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งมีลิแกนด์ที่ได้จากการทดลองโคฮอล รูปทรงของโมเลกุลนี้ช่วยให้อะตอมของเหล็กอยู่ในตำแหน่งที่เหมือนใบพัดซึ่งปกป้องแกนแม่เหล็ก Fe 4 ที่มีการหมุนสูง ที่อุณหภูมิต่ำ
ทีมงานทำการทดลองในห้องสุญญากาศที่สูงมาก
ซึ่งพวกเขาใช้เทคนิคการระเหิดด้วยความร้อนเพื่อฝากกลุ่ม Fe 4ลงบนพื้นผิวของตะกั่ว (111) วัสดุนี้ซึ่งเป็นตัวนำยิ่งยวดประเภท I เปลี่ยนจากโลหะเป็นตัวนำยิ่งยวดที่T cที่ 7.2 K. แต่ Serrano อธิบายว่าตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อสนามแม่เหล็กที่ใช้นั้นต่ำกว่าสนามวิกฤตH c . สำหรับตะกั่ว Hc อยู่ที่ ประมาณ 800 oersteds
จากนั้นนักวิจัยได้วิเคราะห์สนามแม่เหล็กของ Fe 4โดยใช้แสงซินโครตรอนและเทคนิคที่เรียกว่า X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) พวกเขาพบว่าที่H cตัวนำยิ่งยวดนำจะเปลี่ยนสถานะการทำให้เป็นแม่เหล็กของ Fe 4โดย “กระตุ้น” อุโมงค์ควอนตัมเรโซแนนซ์ของสปินแม่เหล็ก การขุดอุโมงค์ควอนตัมเป็นกระบวนการที่อนุภาคควอนตัมสามารถเจาะทะลุอุปสรรคด้านพลังงานที่จะผ่านพ้นไปจากวัตถุคลาสสิก
กลไกการสลับการสะกดจิตแบบใหม่
Serrano และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าปรากฏการณ์นี้เป็นกลไกการเปลี่ยนสถานะเป็นแม่เหล็กใหม่ ซึ่งเป็นสมมติฐานที่พวกเขาได้รับการสนับสนุนโดยการสังเกตลูปฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กBของวัสดุเปลี่ยนแปลงอย่างไรตามฟังก์ชันของสนามแม่เหล็กที่ใช้H
เมื่อตะกั่วผ่านการเปลี่ยนแปลงของตัวนำยิ่งยวด
ส่วนที่เพิ่มมากขึ้นจะเข้าสู่สถานะ Meissner ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัสดุที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กขับฟลักซ์แม่เหล็กออกจากภายในเมื่อกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด สถานะนี้มีผลในการยกเลิกสนามแม่เหล็กภายนอกของแม่เหล็กโมเลกุลและ “ปลดล็อก” สถานะการทำให้เป็นแม่เหล็ก ภาพแมกนีโตมิเตอร์โมเลกุลเดี่ยวหมุนโต้ตอบ
“แม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยวที่สัมผัสกับบริเวณตะกั่วที่มีตัวนำยิ่งยวดเหล่านี้จึงเปลี่ยนสถานะการทำให้เป็นแม่เหล็ก ‘ถูกบล็อก’ เป็นระบอบการปกครองอุโมงค์ควอนตัมเรโซแนนซ์โดยการกระตุ้นกระบวนการอุโมงค์ควอนตัม” Serrano กล่าวกับPhysics World
เมื่อตะกั่วเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำยิ่งยวด จำนวนเหตุการณ์การสลับจะเพิ่มขึ้นเมื่อบริเวณต่างๆ ของวัสดุกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดมากขึ้น สิ่งนี้สามารถเห็นได้ว่าเป็นการลดลงทีละน้อยของค่าการสะกดจิตในวงฮิสเทรีซิสของแม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยว
จุดเริ่มต้นของสาขาการวิจัยใหม่
Serrano กล่าวว่าข้อสังเกตของทีมเปิดมุมมองใหม่สำหรับการใช้ระบบไฮบริดดังกล่าวในเทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัม เช่นเดียวกับการใช้ประโยชน์เป็น qubits ที่มีการสะกดจิตที่สามารถเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็ว แม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยวยังสามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์ในพื้นที่สำหรับการตรวจสอบสถานะตัวนำยิ่งยวดได้อีกด้วย
ตามที่นักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขาในNature Materialsผลลัพธ์ใหม่นี้เป็นจุดเริ่มต้นของสาขาการวิจัยใหม่ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าแม่เหล็กโมเลกุลเดี่ยวและโมเลกุลแม่เหล็กโดยทั่วไปมีปฏิสัมพันธ์กับตัวนำยิ่งยวดชนิดต่างๆอย่างไร พวกเขาแนะนำว่าตัวนำยิ่งยวดที่มีโครงสร้างโดเมนที่ซับซ้อน เช่น รัฐของกระแสน้ำวน จะน่าสนใจอย่างยิ่งในการศึกษา
ในตัวนำยิ่งยวด คู่อิเล็กตรอน (เฟอร์มิออน) ที่ถูกผูกไว้จะสร้าง superfluid ที่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุได้โดยไม่มีความต้านทาน “คูเปอร์คูเปอร์” เหล่านี้มีพลังงานยึดเหนี่ยวต่ำ ซึ่งหมายความว่าพวกมันถูกทำลายได้ง่ายด้วยพลังงานความร้อน เหนืออุณหภูมิวิกฤตที่ค่อนข้างต่ำ คู่จะแตกออกจากกันและวัสดุจะกลายเป็นตัวนำปกติ
Credit : watcheslaw.net watjes.net watsonjewelry.net wickersleypartnershiptrust.org
