آخر الأخبارعلم وتقنية › مغانط نانويّة تسبح في الهواء بفضل فيزياء الكمّ

صورة الخبر: مغانط نانويّة تسبح في الهواء بفضل فيزياء الكمّ
مغانط نانويّة تسبح في الهواء بفضل فيزياء الكمّ

أظهرت مجموعة بحث أوريول روميرو-إسارت Oriol Romero-Isart في أنسبروك ببحثَين منشورَين حاليًّا أنه وبالرغم من نظرية إرناشو Earnshaw's theorem، يمكن للمغانط النانويّة أن تسبح في الهواء بشكلٍ مستقرٍ في حقلٍ مغناطيسيٍّ سكونيٍّ خارجيٍّ بفضل مبادئ مكانيك الكم.

كما يُعدّ الزخم الزاويّ الكمّيّ للإلكترونات- والتي تسبّب المغنطة أيضًا- مسؤولًا عن هذه الآلية. وبالعودة إلى عام 1842، أثبت عالم الرياضيات البريطانيّ صموئيل إرناشو Samuel Earnshaw أنه لا توجد تركيبةٌ مستقرةٌ للمغانط الطائرة باستمرارٍ. فإذا حلَّق مغناطيسٌ فوق الآخر، فإنّ أصغر اضطرابٍ يؤدّي إلى تعطيل النظام.

والقمّة المغناطيسيّة (The magnetic top)، وهي لعبةٌ شعبيةٌ تلتف على نظرية إرناشو، عندما تضطرب، فإنّ الحركة الدورانيّة للقمّة تعمل على تصحيح النظام والمحافظة عليه. وقد أظهرت مجموعة باحثي أوريول ريميرو -إسارت في معهد الفيزياء النظريّة في جامعة أنسبورك ومعهد البصريّات الكميّة ومعلومات الكمّ في أكاديمية العلوم النمساويّة بالتعاون مع باحثين من معهد ماكس بلانك للبصريّات الكميّة في ميونيخ أنه: "في عالم الكمّ يمكن للجسيمات النانويّة الصغيرة غير الدوارة أن تسبح باستقرار في حقلٍ مغناطيسيٍّ".

ويقول أوريول روميرو إسارت: "إن الخصائص الميكانيكيّة الكميّة التي لا يمكن ملاحظتها في العالم العياني macroscopic world والمؤثرة بقوةٍ على الجسيمات النانويّة هي المسؤولة عن هذه الظاهرة".

الاستقرار الناتج عن التأثير الدوراني المغناطيسي

اكتشف ألبرت أينشتاين Albert Einstein، والفيزيائيّ الهولنديّ واندر جوهانس دي هاس Wander Johannes de Haas عام 1915 أن المغناطيسيّة هي نتيجةٌ لمبادئ ميكانيك الكمّ: الزخم الزاويّ الكمّي للإلكترونات، أو ما يُسمّى اللفّ الذاتيّ للإلكترون electron spin.

وقد بيّن الفيزيائيون في مجموعة بحث أوريول روميرو-إسارت الآن أن اللفّ الذاتيّ للإلكترون يسمح بتحليقٍ مستقرٍ لمغناطيسٍ نانويٍّ وحيدٍ في حقل مغناطيسيٍّ مستقرٍ، الأمر الذي ينبغي أن يكون مستحيلًا بحسب نظرية إرناشو التقليديّة.
وقد أجرى الفيزيائيون النظريّون تحليلَ استقرارٍ شاملٍ اعتمادًا على نصف قطر الجسم وقوّة الحقل المغناطيسيّ الخارجيّ. وأظهرت النتائج أنه في غياب التبديد تظهر حالةٌ من التوازن. وتعتمد هذه الآلية على التأثير الدورانيّ المغناطيسيّ، فبناءً على التغيّر في اتجاه الحقل المغناطيسيّ، يحدث زخمٌ زاويٌّ بسبب اقتران عزم القوّة المغناطيسيّة مع اللفّ الذاتيّ للإلكترونات.

ويفسّر ذلك المؤلّف الأوّل كوزيمو ريسكوني: "يعمل هذا على استقرار تحليق المغناطيس النانويّ". بالإضافة إلى هذا أظهر الباحثون أن حالة التوازن للمغانط النانويّة السابحة مغناطيسيًّا تُظهر تشابكًا بدرجات حريتها. حقل جديد للبحث أوريول روميرو-إسارت وفريقه متفائلون بأن تصبح مشاهدة المغانط النانويّة الطائرة تجريبيًّا أمرًا ممكنًا. وقدّموا اقتراحاتٍ حول كيفيّة إمكانيّة تحقيق هذا تحت ظروفٍ واقعيّةٍ. ويمكن القول أن المغانط النانويّة الطائرة هي حقلُ بحثٍ تجريبيٍّ جديدٌ للفيزيائيين.

ويمكن أن تقود الدراسات على المغانط النانويّة تحت ظروفٍ غير مستقرّةٍ إلى اكتشاف ظواهر كميّةٍ غريبةٍ. إضافةً إلى أنه بعد اقتران عدّة مغانط نانويّة، يمكن أن تُحاكى المغناطيسيّة النانويّة الكميّة وتُدرس تجريبيًّا. كما أن المغانط النانويّة الطائرة على درجةٍ عاليةٍ من الأهميّة بالنسبة للتطبيقات التكنولوجيّة، على سبيل المثال تطوير حسّاسات استشعارٍ عالية الدقة.

المصدر: ناسا

قد يعجبك أيضا...

أضف هذا الخبر إلى موقعك:

إنسخ الكود في الأعلى ثم ألصقه على صفتحك أو مدونتك أو موقعك

التعليقات على مغانط نانويّة تسبح في الهواء بفضل فيزياء الكمّ

كن أول شخص وأضف تعليق على هذا الخبر الآن!

أكتب تعليقك
إسمك
البريد الإلكتروني

لن يتم إظهار بريدك الإلكتروني مع التعليق

الرقم السري
88268

من فضلك أكتب الرقم الظاهر أمامك في خانة الرقم السري

خلال 30 أيام
خلال 7 أيام
اليوم