Phát hiện trạng thái vật chất "nửa băng, nửa lửa"

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) vừa phát hiện một trạng thái mới của vật chất, được gọi là "nửa băng, nửa lửa". Biệt danh này xuất phát từ tính chất kết hợp giữa sự trật tự (lạnh) và vô trật tự (nóng) của các electron dưới tác động của từ trường bên ngoài.

Trạng thái "nửa băng, nửa lửa" là gì?

Dù nghe có vẻ kỳ lạ, trạng thái mới này không phải sự kết hợp vật lý giữa băng và lửa. Thay vào đó, nó mô tả hiện tượng các spin electron ổn định ("lạnh") tồn tại song song với các spin hỗn loạn ("nóng"). Các nhà nghiên cứu đã quan sát trạng thái này và xác định rằng nó có thể chuyển pha ở nhiệt độ hữu hạn, điều này khiến nó trở thành ứng viên tiềm năng cho các công nghệ lưu trữ thông tin lượng tử. Nghiên cứu về khám phá này đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Tác động đối với điện toán lượng tử và spintronics

Phát hiện này là bước tiến mới trong chuỗi nghiên cứu về trạng thái "nửa băng, nửa lửa" từ năm 2015. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, bên cạnh trạng thái ban đầu, nó còn tồn tại một phiên bản "song sinh" đảo ngược, trong đó các spin nóng và lạnh đổi vị trí cho nhau. Sự chuyển đổi này diễn ra trong một khoảng nhiệt độ rất hẹp, tạo ra tiềm năng lớn cho nhiều ứng dụng khoa học.

Nhờ vào khả năng thay đổi giữa hai trạng thái, hiện tượng này có thể được áp dụng trong lưu trữ thông tin lượng tử, khi các pha này có thể hoạt động như những bit để ghi nhớ thông tin.

Nhìn xa hơn, khám phá này mở ra những khả năng ứng dụng trong spintronics—một lĩnh vực nghiên cứu về việc sử dụng spin electron để xử lý và truyền dữ liệu hiệu quả hơn.

"Tiếp theo, chúng ta sẽ tiếp tục khám phá trạng thái 'nửa băng, nửa lửa' trong các hệ thống spin lượng tử và tìm hiểu thêm về các ổng dẫn, điện tố, và các tính chất khác", Weiguo Yin, đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ.