دانشمندان «دی‌ان‌ای مغناطیسی» یک ماده را بازنویسی کردند
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، آیا این جادو است؟ فیزیکدانان دانشگاه کنستانس با موفقیت خواص یک ماده را با استفاده از نور و مگنون‌ها به شیوه‌ای غیرحرارتی تغییر داده‌اند.
چه می‌شد اگر می‌توانستیم یک ماده را به طور موقت به طور کامل تغییر دهیم، به طوری که مانند یک ماده کاملاً متفاوت رفتار کند؟ هیچ ماده شیمیایی خاص، دمای شدید یا ماشین‌آلات پیشرفتهای مورد نیاز نیست - فقط نور. دانشمندان با تاباندن پالس‌های دقیق نور به یک ماده، می‌توانند فعالیت مغناطیسی را در آن ایجاد کنند. این فعل و انفعالات، ارتعاشات مغناطیسی هماهنگی را ایجاد می‌کنند که به عنوان مگنون شناخته می‌شوند و می‌توانند اطلاعات را در فرکانس‌های فوق‌العاده بالا (تراهرتز) حمل و ذخیره کنند.
نکته قابل توجه‌تر اینکه، این تکنیک مبتنی بر نور در دمای اتاق عمل می‌کند و گرمای قابل توجهی تولید نمی‌کند. همچنین بدون تکیه بر عناصر کمیاب یا گران‌قیمت، و در عوض با استفاده از کریستال‌های رایج و طبیعی کار می‌کند. گویی این کافی نیست، همین روش می‌تواند به محققان اجازه دهد تا اثرات کوانتومی ظریف، پدیده‌هایی که معمولاً فقط در دما‌های نزدیک به -۲۷۰ درجه سانتیگراد مشاهده می‌شوند را بدون نیاز به انجماد عمیق یا سیستم‌های برودتی بررسی کنند.
هر چقدر هم که بعید به نظر برسد، این موفقیت واقعی است. این روش که توسط تیمی از فیزیکدانان دانشگاه کنستانس به رهبری داویده بوسینی توسعه داده شده است، شامل استفاده از پالس‌های لیزر برای تحریک جفت‌های مگنون به شیوه‌ای کنترل‌شده و منسجم است. این رویکرد منجر به نتایج شگفت‌انگیز و امیدوارکننده‌ای شده است، نه تنها برای بهبود فناوری‌های اطلاعات، بلکه برای پیشبرد تحقیقات کوانتومی. یافته‌های آنها در ژوئن ۲۰۲۵ در Science Advances منتشر شد.
فناوری مبتنی بر مگنون‌ها
اما صبر کنید، بیایید دو قدم به عقب برگردیم: هدف از همه اینها چیست؟ البته همه چیز در مورد فناوری است، نه در مورد جادو. ما در زمانی زندگی می‌کنیم که هوش مصنوعی و «اینترنت اشیا» حجم عظیمی از داده‌ها را تولید می‌کنند. امروزه کاملاً آشکار است که طرح‌های فعلی فناوری اطلاعات ما به زودی دیگر قادر به مقابله با این حجم از داده‌ها نخواهند بود. یک تنگنا تهدید می‌کند که پیشرفتهای فناوری را کند خواهد کرد.
به عنوان راه حلی برای این مشکل، محققان مدتی است که پیشنهاد استفاده از اسپین‌های الکترونی به عنوان حامل‌های اطلاعات، یا به طور دقیق‌تر، کل امواج اسپینی متشکل از صد‌ها تریلیون اسپین که با هم نوسان می‌کنند را می‌دهند. چنین برانگیختگی‌های اسپینی جمعی، مگنون نامیده می‌شوند و مانند یک موج رفتار می‌کنند. با کمک لیزرها، می‌توان آنها را تحت تأثیر قرار داد و در نتیجه "کنترل" کرد. این امر می‌تواند در آینده انتقال و ذخیره اطلاعات در محدوده تراهرتز را امکان‌پذیر کند.
البته، یک نکته وجود دارد: به عنوان مثال، یک محدودیت این است که ما تاکنون فقط توانسته‌ایم مگنون‌ها را در حالت کمترین فرکانس‌هایشان با استفاده از نور تحریک کنیم. در نتیجه، این فرآیند از پتانسیل خود کم می‌کند. برای بهره‌برداری تکنولوژیکی از مگنون‌ها، توانایی تأثیرگذاری بر فرکانس، دامنه و طول عمر آنها یک پیش‌نیاز تعیین‌کننده خواهد بود.
تیم تحقیقاتی کنستانز به رهبری داویده بوسینی اکنون راهی امیدوارکننده برای انجام این کار پیدا کرده است. جالب اینجاست که کنترل با تحریک نوری مستقیم جفت‌های مگنون، که بالاترین فرکانس رزونانس مغناطیسی در ماده هستند، حاصل می‌شود.
یک شگفتی عظیم
داویده بوسینی می‌گوید: «نتیجه برای ما بسیار غافلگیرکننده بود. هیچ نظریه‌ای تاکنون آن را پیش‌بینی نکرده بود.» این فرآیند نه تنها کار می‌کند، بلکه اثرات چشمگیری نیز دارد. فیزیکدانان با هدایت جفت‌های مگنون با فرکانس بالا از طریق پالس‌های لیزر، موفق شدند فرکانس‌ها و دامنه‌های مگنون‌های دیگر - و در نتیجه خواص مغناطیسی ماده - را به روشی غیرحرارتی تغییر دهند.
بوسینی توضیح می‌دهد: «هر جامدی مجموعه فرکانس‌های خاص خود را دارد: گذار‌های الکترونیکی، ارتعاشات شبکه‌ای، برانگیختگی‌های مغناطیسی. هر ماده‌ای به روش خاص خود طنین‌انداز می‌شود.» دقیقاً همین مجموعه فرکانس‌ها هستند که می‌توانند از طریق فرآیند جدید تحت تأثیر قرار گیرند. بوسینی می‌گوید: «این فرآیند ماهیت ماده، «DNA مغناطیسی ماده»، یا به عبارتی «اثر انگشت» آن را تغییر می‌دهد. در حال حاضر عملاً به ماده‌ای متفاوت با خواص جدید تبدیل شده است.»
بوسینی تأیید می‌کند: «این اثرات ناشی از تحریک لیزری نیستند. علت آن نور است، نه دما: ما می‌توانیم فرکانس‌ها و خواص ماده را به روشی غیرحرارتی تغییر دهیم.» مزایای آن آشکار است: این روش می‌تواند برای ذخیره‌سازی داده‌ها در آینده و برای انتقال سریع داده‌ها با نرخ تراهرتز بدون کند شدن سیستم‌ها توسط انباشت گرما مورد استفاده قرار گیرد.
هیچ ماده‌ی پیشرفته‌ی خارق‌العاده یا عناصر خاکی کمیابی به عنوان پایه‌ی این فرآیند مورد نیاز نیست، بلکه کریستال‌های طبیعی - یعنی سنگ آهن هماتیت - مورد استفاده قرار می‌گیرند. بوسینی توضیح می‌دهد: «هماتیت بسیار رایج است. قرن‌ها پیش، از آن برای قطب‌نما در دریانوردی استفاده می‌شد.»
کاملاً محتمل است که هماتیت اکنون در آینده برای تحقیقات کوانتومی نیز مورد استفاده قرار گیرد. نتایج تیم کنستانز نشان می‌دهد که با استفاده از روش جدید، محققان قادر خواهند بود چگالش‌های بوز-اینشتین ناشی از نور از مگنون‌های پرانرژی را در دمای اتاق تولید کنند. این امر راه را برای تحقیق در مورد اثرات کوانتومی بدون نیاز به خنک‌سازی گسترده هموار می‌کند. به نظر می‌رسد جادویی باشد، اما این فقط یک فناوری و تحقیقات پیشرفته است.
مرجع: "عادی سازی مجدد دینامیکی طیف تحریک مغناطیسی از طریق مغناطیس‌های غیرخطی با تکانه بالا" توسط کریستوف شونفلد، لنارت فویرر، جولیان بار، لوکاس دورفلت، مایک کرستینگسکوتر، توبیاس دانگر، دنیس اولفرنگ بلیخ نوهرر، لایتن استورفر، دومینیک ژوراشک و دیوید بوسینی، ۲۰ ژوئن ۲۰۲۵، پیشرفتهای علم.
DOI: ۱۰.۱۱۲۶/sciadv.adv۴۲۰۷