فيزيکدانان دانشگاه اوهايو با همکاري ديگر دانشمندانبراي اولين بار نوعي از خاصيت آهن ربايي را به نمايش درآوردند که 50 سال قبل پيشبيني شده بود. اين خاصيت عبارت است از يک نوع خاص از گذار انرژي که براي اتم هايموجود در يک آهن رباي کوچک روي مي دهد. اين نوع آهن ربا هاي بسيار کوچک کروميوم 8 (Cr8) ناميده مي شوند. دانشمندان انتظار داشتند اين اثر از قوانين مکانيک کوانتوميتبعيت کند، اما در عمل خواص آهن ربايي مشاهده شده، نشان از قوانين فيزيک کلاسيکداشت. قوانين کلاسيکي حرکت و انرژي را مردم در زندگي روزانه خودتجربه مي کنند. اينقوانين درباره اجسامي صدق مي کنند که به اندازه کافي بزرگ هستند تا با چشم غيرمسلحديده شوند. اما مکانيک کوانتومي علمي است که برهمکنش ميان ذرات کوچک (در اندازهاتم) را بررسي مي کند. آهن رباهاي مولکولي Cr8 تا آن اندازه کوچک هستند که بايدبراي توصيف خواص آنها از مکانيک کوانتومي استفاده کرد. يافته هاي اخير مي تواند بهپر شدن شکاف ميان مکانيک کلاسيک و کوانتوم درباره توصيف ساختارهاي ريز کمک کند.
همچنين از نتايج به دست آمده مي توان براي ساخت تجهيزات آتي بر پايهنانوتکنولوژي استفاده کرد. يکي از اين اهداف ساخت کامپيوتر هايي در اندازه کوچک باتوان بسيار بالاست. اليور والدمن (Oliver Waldmann) از دپارتمان فيزيک دانشگاهاوهايو مي گويد: اين آزمايش نشان داد که مي توان جنبه هاي مهمي از خواص مکانيککوانتومي را با معلومات کلاسيکي درک کرد. نتايج به دست آمده توسط والدمن و همکارانشدر شماره اخير مجله فيزيکال ريو لترز (Physical Review Letters) منتشر شده است.
مولکول هايي همچون Cr8 را آهن رباهاي مولکولي مي نامند. اين ترکيبات هر چنداز تعداد کمي اتم تشکيل شده اند اما مولکول بزرگي را تشکيل مي دهند. آنچه باعثايجاد خاصيت آهن ربايي مي شود اسپين الکترون هاي اتم است اما کل مولکول همانند يکآهن رباي مجزا عمل مي کند. Cr8 شامل هشت اتم باردار کروم است که به صورت حلقه اي بههم متصل شده اند و اندازه حلقه کمتر از يک نانومتر است.
اسپين اين هشت اتمبه گونه اي است که چهار اتم داراي اسپين هم جهت (به عنوان مثال جهت بالا) و چهاراتم ديگر داراي اسپين در جهت مخالف (پايين) هستند. اسپين هاي بالا و پايين اثر همرا خنثي مي کنند و باعث مي شوند که Cr8 به عنوان ماده اي آنتي فرومغناطيس شناختهشود. محققان ساختارهاي متشکل از اسپين بالا و پايين را به عنوان ساختار نيل (Neel) مي شناسند. لوئيس نيل فيزيکدان فرانسوي در سال 1970 به خاطر کشف اثر آنتيفرومغناطيس جايزه نوبل را دريافت کرد. در سال 1952 فيزيکدان دانشگاه پرينستون وبرنده جايزه نوبل فيليپ آندرسون (Philip Anderson) پيش بيني کرد که اگر اتم ها دريک ماده آنتي فرومغناطيس اندکي از حالت تعادل اسپين هاي بالا و پايين خارج شوند،گذار هاي انرژي آنها همانند يک ساختار موج مانند خواهند بود. اما نظريه آندرسونپيشنهاد مي کند که وقتي در اين نوع آهن رباها، الکترون ها در پايين ترين حالت انرژيباشند نوع دومي از القا که القاي نيل ناميده مي شود به وقوع خواهد پيوست. اين نوعاز القاي نيل تا به حال مشاهده نشده بود.هنگامي که والدمن در دانشگاه نورنبرگ آلمانبود اساس تئوري اين تحقيق را بنا نهاده بود و ديگر همکارانش در اروپا در پي انجامآزمايش هاي مربوطه بودند.اين قبيل آهن رباهاي مولکولي با ساختار هاي گوناگون ميتوانند اثرات جديدي را نشان دهند که يکي از آنها مشاهده القاي نيل بود.
تحقيق درباره آهن رباهاي مولکولي مي تواند امکان استفاده از شيمي تجزيه رادر شناخت خصوصيات آهن رباها فراهم کند و برخي از ويژگي هايي را که قبلاً ناشناختهبودند، معرفي کند. اين روش مي تواند منجر به پيدايش علوم بنيادي جديد و تکنولوژينويني گردد. براي انجام دادن آزمايش دانشمندان نمونه Cr8 را تا دماي چند درجه کلوينسرد کردند. در اين حالت الکترون ها به احتمال زياد در پايين ترين تراز انرژي قرارمي گيرند. سپس نمونه ها را با استفاده از نوترون ها طوري بمباران کردند که الکترونها انرژي لازم را براي بروز القاي نيل کسب کنند. با انجام بسيار ماهرانه آزمايشتعدادي از اتم ها نوترون ها را جذب کردند و سيگنال هاي ضعيفي از اثرات انرژي پايينآشکار شد، که القاي نيل هم يکي از اين اثرات بود. فيزيکدانان از اين جهت Cr8 رابراي انجام آزمايش انتخاب کرده بودند که توانايي توليد سيگنال ضعيف را دارا بود. هنگامي که والدمن سيگنال هاي مربوط به سطوح انرژي را پس از انجام آزمايش بررسي ميکرد، مشاهده کرد که نتيجه آزمايش با آنچه که نيم قرن پيش توسط آندرسون پيش بيني شدهبود مطابقت دارد و همه چيز سر جاي خودش قرار گرفته است. والدمن در اين باره ميگويد: من مدت زيادي اميدوار بودم که القاي نيل را مشاهده کنم. اين پروژه از چهارسال قبل آغاز شده بود با اين حال رسيدن به جواب براي ما موفقيت و پيروزي ناگهانيبود و اين نتايج بسيار هيجان انگيز بودند، زيرا با وجود آنکه القاي نيل يک اثرکوانتوم مکانيکي است اما فيزيکدانان قبلي توانسته بودند آن را با استفاده از مکانيککلاسيک تبيين کنند. اين ايده مي تواند در توليد نوع جديدي از الکترونيک به کار آيد.
در الکترونيک معمولي اطلاعات بر پايه کد باينري (Binory) که از صفر و يکتشکيل مي شود، کدگذاري مي شوند. صفر يا يک بودن که وابسته به اين است که الکترون درماده اي از قبيل سيليکون حضور داشته باشد يا نه. اما مي توان از جهت اسپين الکترونها که هم شامل جهت بالا و هم پايين و هم جهات مابين اين دو را شامل مي شوند،استفاده کرد. از نظر تئوري اين روش کدگذاري اطلاعات بسيار بيشتري را تدارک مي بيند،طوري که يک الکترون به تنهايي مي تواند انواع مختلفي از اطلاعات را ذخيره کند. اينقبيل کامپيوتر هاي کوانتومي از نظر حجمي بسيار کوچک تر از کامپيوتر هاي معمولامروزي خواهند بود اما در عمل بسيار توانمند تر. در اين قبيل کامپيوتر ها به جايتراشه هاي سيليکوني از آرايه هاي مولکولي همانند Cr8 استفاده خواهد شد. البته توليداين نوع کامپيوتر ها نياز به تکنولوژي خاص دارد که شايد تا چند دهه آينده به طولانجامد. اين تحقيق نشان داد که القائاتي از اين دست را مي توان با استفاده ازاستدلال هاي کلاسيکي درک کرد و اين روش مي تواند براي درک ديگر اثر ها در اين قبيلمواد کمک موثري باشد.
منبع:کتاب آهن+ربا
ارسال مقاله توسط کاربر محترم سايت :alibifa