Šis eksperimentas pakeis fizikos ateitį: atradimas Japonijoje perrašo 145 metus galiojusias mokslo tiesas

Tai, kas nuo 1879 metų buvo laikoma mokslo dogma, šiandien pasirodo esą tik dalis daug platesnio reiškinio. Japonijos mokslininkai ryžosi patikrinti, ar ilgametės teorijos išties atlaiko naujausių tyrimų išbandymą. 

Jų eksperimentai atskleidė netikėtą rezultatą, priversiantį iš esmės perrašyti fizikos vadovėlius. Paaiškėjo, kad anomalinio „Holo“ efekto ribos yra daug platesnės nei manyta iki šiol.

Šis atradimas fizikos bendruomenėje kelia tikrą revoliuciją. Tai, kas atrodė paprasta taisyklė, dabar virto įrodymu, jog Visatos dėsniai yra sudėtingesni, nei žmonės suvokė daugiau nei pusantro amžiaus.

Naujas požiūris į seną reiškinį

Mokslo institutas Tokijuje tyrėjų komanda pirmą kartą užfiksavo milžinišką anomalinį „Holo“ efektą visiškai nemagnetinėje medžiagoje. Tai paneigia esminę iki šiol gyvavusią prielaidą, kad šis reiškinys egzistuoja tik magnetiniuose junginiuose. Mokslininkai savo rezultatus paskelbė prestižiniame žurnale „Physical Review Letters“.

Priminsime, jog klasikinį „Holo“ efektą dar XIX amžiuje atrado Edvinas Halas. Jo esmė yra elektrai tekant per laidininką magnetiniame lauke, susidaro įtampa laidininko šonuose. Vėliau aprašytas anomalinis „Holo“ efektas buvo siejamas vien tik su magnetinėmis medžiagomis. Japonų darbas parodė, kad tai nėra visai tiesa.

Mokslininkų proveržis įmanomas dėl pažangios molekulinių pluoštų epitaksijos technologijos, leidusios sukurti itin kokybiškus pusmetalo „Cd3As2“ plonus sluoksnius. Pasitelkę plokščią magnetinį lauką jie sugebėjo izoliuoti reiškinį visiškai naujomis sąlygomis ir aiškiai jį užfiksuoti.

Netikėtas atradimas dėl elektronų orbitalų

Didžiausia staigmena buvo tai, kad už efektą atsakingas ne elektronų sukinys, kaip manyta iki šiol, o jų orbitalinis įmagnetinimas. Tai kardinaliai keičia supratimą apie kvantinius mechanizmus, lemiančius anomalinio Holo efekto atsiradimą.

Tyrime naudotas pusmetalis „Cd3As2“ priklauso vadinamiesiems „Diraco“ pusmetaliams, pasižymintiems ypatingomis kvantinėmis savybėmis. Šiose struktūrose elektronai elgiasi tarsi be masės dalelės, judančios beveik šviesos greičiu. Veikiant magnetiniam laukui „Diraco“ taškai transformuojasi į „Veilio“ taškus, todėl tampa įmanoma aiškiai atskirti anomalinio Holo efekto signalą.

Tokie rezultatai ne tik praplečia fundamentinės fizikos žinias, bet ir suteikia naujų galimybių praktikoje. Tai atradimas, kuris gali lemti tiek mokslinių tyrimų pažangą, tiek naujų technologijų gimimą.

Ateities perspektyvos

Pagrindinis tyrimo autorius Masakias Uchidas pabrėžė, kad šie rezultatai turės didelę reikšmę tiek teoriniams, tiek taikomiesiems darbams. Ateityje galėtų atsirasti naujos kartos elektroniniai prietaisai, paremti anomalinio Holo efekto naudojimu nemagnetiniuose junginiuose.

Ypač daug vilčių teikiama „Holo“ jutikliams, kurie tokiomis sąlygomis veiktų efektyviau ir patikimiau nei dabartiniai. Jie galėtų būti naudojami daug platesniame technologijų spektre, nepriklausomai nuo magnetinių savybių.

Vis dėlto patys tyrėjai pripažįsta, jog būtina atlikti daugiau eksperimentų su kitomis kvantinėmis medžiagomis. Mokslo institute Tokijuje jau planuoja tolesnius darbus, kurie leis dar geriau suprasti naujai atskleistą reiškinį ir galbūt atverti kelią technologinei revoliucijai elektronikos srityje.