في مختبر جامعة شيكاغو، اكتشف العلماء سلوكًا غير متوقع للإلكترونات في مادة مغناطيسية طبقية هي Fe₅GeTe₂: ملايين الجسيمات تتحرك معًا ببطء شديد، لكنها مع ذلك تحافظ على التماسك الكمومي. وتتناقض هذه الظاهرة مع النماذج النظرية القائمة، وتفتح الطريق أمام أنواع جديدة من أجهزة الذاكرة.
تنتمي مادة Fe₅GeTe₂ إلى عائلة المغناطيسات الفان دير فالسية، التي يمكن الحصول عليها في صورة طبقات رقيقة بسماكة ذرية. واستخدم الباحثون بقيادة الأستاذ شولونغ يان طريقة التحليل الطيفي الضوئي الإلكتروني المزوّد بالتحليل الزاوي. وقد سلّطوا على العيّنة ليزرًا فوق بنفسجي على مساحة لا تتجاوز 10 ميكرومترات، فرأوا نطاقًا إلكترونيًا مسطحًا — وهو مؤشر على أن الإلكترونات تكاد لا تتسارع عند تحركها عبر المادة.
في الظروف العادية، تسلك الإلكترونات في الموصل سلوكًا شبيهًا بالماء المتساقط بسرعة من منحدر شديد. أما هنا فالمنحدر شبه أفقي: تتحرك الجسيمات أبطأ بآلاف المرات، لكنها تعمل بتناغم، كمجموعة كمومية واحدة. ويوضح يان: «نحن لا نقيس إلكترونًا واحدًا، بل تفاعل آلاف أو ملايين الإلكترونات، وكلها تتحرك بشكل متماسك».
ويستمر هذا السلوك حتى درجة حرارة 100 كلفن فوق الصفر المطلق — وهو مؤشر مرتفع نسبيًا بالنسبة إلى التأثيرات الكمومية. وهذا يجعل المادة واعدة للتطبيقات العملية، وإن كان الطريق لا يزال طويلًا حتى درجة حرارة الغرفة. وقد بدأ العلماء بالفعل يتحققون من إمكانية تبديل الحالات بالليزر، وهو ما قد يصبح أساسًا لذاكرة غير متطايرة من الجيل الجديد.
يدفع هذا الاكتشاف إلى إعادة النظر في المفاهيم حول التفاعلات المغناطيسية داخل Fe₅GeTe₂. وعلى المنظرين الآن أن يعيدوا وصف بنية التركيب المغناطيسي لهذه المادة. وفي الوقت نفسه، يخطط التجريبيون للتحقق من الخصائص في طبقة أحادية الذرة — فهي الصورة التي قد تجد فيها المادة تطبيقًا في الأجهزة الكمومية المستقبلية.
ويُهدى هذا العمل إلى ذكرى المنظّر البارز بيتر ليتلوود، الذي أسهم إسهامًا كبيرًا في أبحاث المواد الكمومية. وقد نُشرت نتائجه في Science Advances، وأثارت بالفعل اهتمام المتخصصين في المغناطيسات ثنائية الأبعاد.
