במעבדה של אוניברסיטת שיקגו גילו המדענים התנהגות בלתי צפויה של אלקטרונים בחומר מגנטי שכבתי Fe₅GeTe₂: מיליוני חלקיקים נעים יחד באטיות קיצונית, אך עם זאת שומרים על קוהרנטיות קוונטית. תופעה זו סותרת את המודלים התיאורטיים הקיימים ופותחת דרך לסוגים חדשים של התקני זיכרון.
החומר Fe₅GeTe₂ שייך למשפחת המגנטים מסוג ואן דר ואלס, שאפשר להפיק אותם כשכבות דקות ברמה אטומית. החוקרים בראשות הפרופסור שואולונג יאן השתמשו בשיטה של ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים ברזולוציה זוויתית. הם הקרינו על הדגימה לייזר אולטרה-סגול על שטח של 10 מיקרומטר בלבד וראו אזור אלקטרוני שטוח — סימן לכך שהאלקטרונים כמעט אינם מואצים בתנועתם דרך החומר.
בתנאים רגילים אלקטרונים במוליך מתנהגים כמו מים הנופלים במהירות במורד תלול. כאן לעומת זאת המדרון כמעט אופקי: החלקיקים נעים לאט פי אלפים, אך פועלים בתיאום, כמו מכלול קוונטי אחד. "אנחנו מודדים לא אלקטרון אחד, אלא את האינטראקציה של אלפים או מיליונים, וכולם נעים בקוהרנטיות", מסביר יאן.
התנהגות זו נשמרת עד לטמפרטורה של 100 קלווין מעל האפס המוחלט — נתון גבוה יחסית לאפקטים קוונטיים. הדבר הופך את החומר למבטיח ליישומים מעשיים, אם כי עדיין רחוקה הדרך לטמפרטורת החדר. המדענים כבר בודקים את האפשרות להחליף מצבים בעזרת לייזר, דבר שיכול לשמש בסיס לזיכרון בלתי נדיף מהדור החדש.
התגלית מחייבת לבחון מחדש את התפיסות על האינטראקציות המגנטיות בתוך Fe₅GeTe₂. התיאורטיקנים צריכים כעת לתאר מחדש כיצד בנויה המבנה המגנטי של חומר זה. במקביל מתכננים הניסיונאים לבדוק את התכונות בשכבה חד-אטומית — דווקא בצורה זו עשוי החומר למצוא יישום בהתקנים קוונטיים עתידיים.
העבודה מוקדשת לזכרו של התיאורטיקן הדגול פיטר ליטלווד, שתרם תרומה גדולה לחקר חומרים קוונטיים. תוצאותיה פורסמו ב-Science Advances וכבר עוררו עניין בקרב מומחים למגנטים דו-ממדיים.
