Varşava Universitetinin və Britaniya Kolumbiyası Universitetinin fizika fakültəsinin tədqiqatçıları maqnit modellərində tək spinonun – tək qoşalaşmamış spin olan ekzotik kvant həyəcanının necə yarana biləcəyini təsvir ediblər. Kəşf maqnetizmin təbiəti haqqında anlayışımızı dərinləşdirir və kvant kompüterləri və yeni maqnit materialları kimi gələcək texnologiyaların inkişafına təsir göstərə bilər. Əsər Physical Review Letters jurnalında dərc olunub .

Maqnitizm bəşəriyyətə qədim dövrlərdən, təbii maqnitləşmiş maqnitin kəşf edildiyi vaxtdan məlumdur. Bu tapıntı tezliklə çox praktik tətbiqlər tapdı. İlk kompaslar 11-ci əsrdə Çində yaradılmış və naviqasiya üçün istifadə olunmağa başlamışdır.

Bu gün maqnit kompüter yaddaşından və dinamiklərdən tutmuş elektrik mühərriklərinə və tibbi diaqnostikaya qədər bizi əhatə edən bir çox texnologiyalarda mühüm rol oynayır . Maraqlıdır ki, fotoqrafiya ilə yanaşı, maqnitlər də evlərimizdə görkəmli yer tutaraq səyahətin ümumi suvenirinə çevrilib.

Geniş istifadəsinə baxmayaraq, maqnitizmin təbiəti uzun müddət natamam başa düşülmədi. Niels Bor və Hendrika Johanna van Leeuwen maqnitizmin klassik fizika çərçivəsində izah edilə bilməyəcəyini göstərdikdə vəziyyət daha da mürəkkəbləşdi. Yalnız 1920-ci illərdə kvant mexanikasının inkişafı zamanı başa düşüldü ki, maddənin maqnit xassələri ilk növbədə elektronların spinləri arasındakı qarşılıqlı təsirlərlə bağlıdır. Spin, kütlə və elektrik yükü ilə birlikdə elementar hissəciklərin əsas xüsusiyyətlərindən biridir.

1931-ci ildə Hans Bethe maqnetizmin əsas kvant modellərindən birinə – birölçülü Heisenberg modeli adlanan modelə riyazi cəhətdən zərif bir həll təklif etdi. Yarım əsr keçməmiş, 1981-ci ildə Lüdviq Faddeyev və Leon Taxtacan başa düşdülər ki, bu modelin həlləri təəccüblü bir hadisə nümayiş etdirir: sanki bölünməz elektron daha iki əsas hissəcikə “parçalanır”. Elektronun spini 1/2-dir (Plank sabitinin ħ vahidlərində) və kosmosda istənilən istiqamətə yönəldilə bilər.

Standart vəziyyətdə həyəcan bir elektronun spininin geri çevrilməsini nəzərdə tutur, nəticədə bütün sistemin spini 1 dəyişir.Lakin Faddeyev və Taxtacan nəzəriyyəsindən belə nəticə çıxır ki, maqnitdəki fundamental həyəcanlar sistemin ümumi spinini 1/2 dəyişir. Bu ekzotik hərəkətli həyəcanlara spinonlar deyilirdi.

O vaxtdan bəri bir çox təcrübə onların varlığını təsdiqlədi. Bununla belə, uzun müddətdir ki, spinonların yalnız cüt-cüt meydana gələ biləcəyinə inanılırdı – və həqiqətən də, onlar həmişə bu formada müşahidə olunurdular – bu, fenomeni bir qədər daha az “ekzotik” göstərirdi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1751955077&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-physicists-reveal-lone-spinon-emerges.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM4LjAuNzIwNC45NyJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzOC4wLjcyMDQuOTciXV0sMF0.&dt=1751955077524&bpp=2&bdt=121&idt=-M&shv=r20250702&mjsv=m202507020101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751954800%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1751954800%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1751954800%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=2877058481080&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2476&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95331832%2C95353386%2C95362655%2C95365225%2C95365235%2C95365112%2C95359266%2C95365117%2C95365797&oid=2&pvsid=6325255850121365&tmod=1571380436&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=156

Tək spinon

İndicə Physical Review Letters- də dərc olunan məqalədə Varşava Universitetinin və Britaniya Kolumbiyası Universitetinin Fizika Fakültəsindən bir qrup elm adamı tək spinon kimi belə tək bir həyəcanın necə yaradıla biləcəyini göstərdi. Belə bir spinonu çox sadə şəkildə yaratmaq olar: birölçülü Heisenberg modelinin əsas vəziyyətinə bir əlavə spin əlavə etmək kifayətdir (bir sıra qarşılıqlı fırlanmaların nəzəri təsviri).

Tədqiqatçılar həmçinin aşkar etdilər ki, əsas vəziyyət əvəzinə spinlərin çox nizamlı şəkildə qoşalaşdığı valentlik bağı bərk cismin (VBS) çox sadələşdirilmiş modeli istifadə olunarsa, eyni effekt əldə edilə bilər. Bu modeldəki spinon, belə qoşalaşmış spinlər şəbəkəsi vasitəsilə “səyahət edən” tək qoşalaşmamış fırlanma kimi başa düşülə bilər.

Əhəmiyyətli olan odur ki, bu nəzəri proqnoz mart ayında Nature Materials jurnalında dərc olunan “Nanoqrafen əsaslı antiferromaqnit spin-1/2 Heisenberg zəncirlərində fırlanma həyəcanları” adlı məqalədə Zhao və komandası tərəfindən bu yaxınlarda eksperimental olaraq uğurla təsdiqləndi .

Spinonlar və onların gələcək texnologiyalar üçün əhəmiyyəti

Bu, maqnitlərin kvant xassələrinin daha yaxşı başa düşülməsi istiqamətində mühüm addımdır və onların yeni xüsusiyyətlərini kəşf etməyə yol aça bilər. Xüsusi əhəmiyyət kəsb edən spinonlar elektronlar və kvant dolaşıqlığı kimi kvant hadisələri arasında güclü qarşılıqlı təsirlərin nəticəsidir .

Oxşar mexanizmlər yüksək temperaturlu superkeçiricilik və ya iki ölçülü kvant mayelərində fraksiya Hall effekti kimi fundamental hadisələrdə əsas rol oynayır . Kvant dolaşıqlığı həm də kvant kompüterlərinin və bütövlükdə kvant hesablamalarının əsasını təşkil edir.

Varşava Universitetinin Fizika fakültəsinin professoru Krzysztof Wohlfeld, “Tədqiqatlarımız təkcə maqnitlər haqqında biliklərimizi dərinləşdirməklə yanaşı, fizika və texnologiyanın digər sahələrində də geniş nəticələrə səbəb ola bilər” dedi.

Daha çox məlumat: Teresa Kulka et al, 1D Spin Chains-də Spinonların Təbiəti, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/stvg-lg9h . arXiv- də : DOI: 10.48550/arxiv.2303.02276

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal Məktubları , Təbiət Materialları , arXiv   

Varşava Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir