کشف رمز شبه گپ در فیزیک کوانتوم_خبرخوان

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری برنا؛ یک مطالعه تازه با منفعت گیری از تکنیک‌های محاسباتی، بینش‌های تازه‌ای در رابطه حالت شبه‌گپ اراعه داده است؛ چالشی مهم در فیزیک کوانتوم که با ابررسانایی در دما‌های بالا مرتبط است.

پژوهشگران با به‌کارگیری الگوریتم گسترش یافتهای به نام مونت کارلوی نموداری، حرکت الکترون‌ها در مواد ابررسانا را همانند‌سازی کرده‌اند که این می‌تواند به کشف‌هایی در عرصه ابررسانایی در دما‌های اتاق منجر شود؛ موضوعی که می‌تواند انقلاب عظیمی در انتقال برق و فناوری‌های دیگر تشکیل کند.

تحولی در فیزیک کوانتوم: فهمیدن شبه‌گپ

دانشمندان با منفعت گیری هوشمندانه از یک تکنیک محاسباتی توانسته‌اند گشایشی در فهمیدن «شبه‌گپ» حاصل کنند؛ پازلی قدیمی در فیزیک کوانتوم که پیوند نزدیکی با ابررسانایی دارد. این کشف که در شماره ۲۰ سپتامبر نشریه Science انتشار شده، به دانشمندان پشتیبانی خواهد کرد تا در دستیابی به ابررسانایی در دمای اتاق، که یکی از اهداف بزرگ فیزیک ماده چگال است، گامی به جلو بردارند.

این چنین ابررسانایی می‌تواند امکان انتقال برق بدون کم شدن، ماشین‌های MRI سریع تر و قطار‌های شناور زیاد سریع را فراهم کند.

برخی مواد شامل مس و اکسیژن در دما‌های نسبتاً بالا (ولی هم چنان زیاد سرد) زیر ۱۴۰ درجه سانتی‌گراد زیر صفر، ابررسانا خواهد شد (یعنی برق بدون مقاومت در آنها جریان می‌یابد). اما در دما‌های بالاتر، این مواد داخل حالتی به نام شبه‌گپ خواهد شد؛ جایی که بعضی اوقات همانند یک فلز عادی عمل می‌کنند و بعضی اوقات بیش‌تر همانند به نیمه‌هادی‌ها. دانشمندان دریافته‌اند که شبه‌گپ در همه مواد ابررسانای دما بالا وجود دارد. اما چرا و چطور این حالت تشکیل می‌شود یا این که آیا در دما‌های زیاد پایین نیز باقی می‌ماند، تا این مدت روشن نشده می بود.

فهمیدن بهتر ابررسانایی و شبه‌گپ

آنطوان جورج، یکی از نویسندگان مطالعه و مدیر مرکز فیزیک کوانتوم محاسباتی مؤسسه فلت‌آیرون، او گفت: دانشمندان با فهمیدن بهتر چگونگی ظهور شبه‌گپ و ربط آن با ویژگی‌های نظری مواد ابررسانا در دمای صفر مطلق (۲۷۳.۱۵ درجه سانتی‌گراد زیر صفر)، در حال به دست آوردن عکس آشکار‌تری از این مواد می باشند.

همانند این است که شما در یک چشم‌انداز مه‌آلود باشید و قبلاً فقط چند دره و چند قله را می‌دیدید. اکنون مه در حال از بین رفتن است و می‌توانید چشم‌انداز کامل‌تری را ببینید.

چالش‌های محاسباتی در تحقیق کوانتومی

فیزیکدانان کوانتوم می‌توانند حالت‌هایی همانند شبه‌گپ را با راه حلهای محاسباتی که حرکت الکترون‌ها را در یک ماده مدل‌سازی می‌کنند، بازدید کنند.

با این حال، این محاسبات به علت درهم‌تنیدگی کوانتومی، که در آن الکترون‌ها به هم متصل خواهد شد و نمی‌توان آنها را به‌صورت جداگانه بازدید کرد، زیاد دشوار است.

پیشرفت‌ها با الگوریتم مونت کارلوی نموداری

تیم تحقیقاتی برای حل قضیه شبه‌گپ از الگوریتمی به نام مونت کارلوی نموداری منفعت گیری کرد.

برخلاف مونت کارلوی کوانتومی، این الگوریتم همه برهم‌کنش‌ها را به‌طور همزمان بازدید می‌کند. این رویکرد تازه به تیم پشتیبانی کرد تا بفهمند چه اتفاقی برای مواد در حالت شبه‌گپ زمان سرد شدن می‌افتد.

جهت‌گیری‌های آینده در همانند‌سازی‌های کوانتومی و ابررسانایی

نتایج این مطالعه به‌طور مستقیم به همانند‌ساز‌های گاز کوانتومی که در دمای فوق‌سرد کار می‌کنند نیز مربوط می‌شود و می‌تواند عرصه‌ساز تغیرات بزرگی در سال‌های آینده باشد.

انتهای مطلب/