با استفاده از پالس‌های لیزر با فرکانس پایین، تیمی از محققان نخستین اندازه‌گیری‌هایی را عملی کرده‌اند که مشخصه‌های دقیق نوع بی‌نظیری از خاصیت مغناطیسی موجود در ماده معدنی موسوم به herbertsmithite را آشکارسازی می‌کند.

در این ماده، عناصر مغناطیسی به طور مداوم نوسان می‌کنند و منجر به بروز وضعیت عجیبی از خاصیت مغناطیسی مایع موسوم به «مایع اسپین کوانتومی» می‌شود.

این امر بر خلاف مغناطیسم معمولی است که در مواد موسوم به ferromagnets مشاهده می‌شود.

در این مواد تمامی نیروهای مغناطیسی با جهت یکسان هم‌ردیف می‌شوند و همدیگر را نیروبخشی می‌کنند یا این که عناصر مغناطیسی مجاور در جهت‌های مختلف هم‌ردیف می‌شوند و منجر به لغو کامل تمامی میدان مغناطیسی می‌شوند.

گرچه وضعیت مایع اسپین (چرخش) پیش‌تر در herbertsmithite مشاهده شده بود، تحلیل دقیقی از این موضوع که چگونه الکترون‌های این ماده به نور واکنش نشان می‌دهد، هرگز صورت نگرفته بود.

نور برای تشخیص این موضوع که کدام یک از تئوری‌های رقابت‌کننده در خصوص ماده صحیح است، کلیدی به شمار می‌آید.

هم‌اکنون تیمی از دانشمندان دانشگاه‌های هارواد، کالج بوستون و MIT با موفقیت این اندازه‌گیری‌ها را انجام داده‌اند.

انداه‌گیری‌های این محققان با استفاده از پالس‌های لیزری که فقط یک تریلیونیوم ثانیه ماندگار هستند، علامتی در رسانایی نوری وضعیت مایع-اسپین را آشکار می‌کند که خود تاثیر مغناطیسم بر روی حرکت الکترون‌ها را منعکس می‌کند.

این مشاهده از مجموعه‌ای از پیش‌بینی‌های نظری پشتیبانی می‌کند که پیش‌تر از لحاظ آزمایشی اثبات نشده بودند.

نظریه‌پردازان تعدادی از تئوری‌هایی را با این موضوع که چگونه یک وضعیت مایع-اسپین می‌تواند در herbertsmithite شکل گیرد، ارائه داده‌اند، اما تا به امروز، هیچ آزمایشی که مستقیما آن‌ها را تشخیص دهد، صورت نگرفته بود.

دانشمندان حاضر در این پروژه مدعی‌اند آزمایش جدید نخستین مدرک مستقیم برای عملی‌کردن یکی از این مدل‌های نظری در herbertsmithite را ارائه داده است.

مفهوم مایع‌های اسپین کوانتومی نخستین بار در سال ۱۹۷۳ ارائه شد، اما اولین مدرک مستقیم برای چنین ماده‌ای فقط طی اندک‌ سال‌های اخیر کشف شده است.

اندازه‌گیری‌های جدید در شفاف‌سازی مشخصه‌های بنیادین این سیستم عجیب کمک می‌کند که تصور می‌شود این مشخصه‌ها دقیقا با منشاهای ابررسانایی دمای بالا مرتبط است.

گرچه پیش‌بینی هر نوع کاربرد بالقوه در این مرحله دشوار است، تحقیق پایه بر روی این فاز غیرمعمول از ماده می‌تواند به دانشمندان در حل مشکلات بسیار پیچیده فیزیک به ویژه در حوزه ابررسانایی با دمای بالا کمک کند. این ابررسانایی ممکن است سرانجام برای طراحی محاسبات کوانتومی کارآمد باشد.

به گفته لئون بالنتس، پروفسور فیزیک دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، چنانچه رسانایی نوری مشاهده‌ شده در این اندازه‌گیری‌ها واقعا ذاتی باشد، نتیجه بدست‌آمده مهم و هیجان‌انگیز بوده و در درک ماهیت وضعیت مایع اسپین بسیار حیاتی خواهد بود.

به گفته بالنتس، هنوز مطالعه بیشتری برای تایید این نتیجه لازم است.

تحلیل جدید در مجله Physical Review Letters منتشر می‌شود.