Magnetizmning “tutqich bermas” shakli aniqlandi. Kvant texnologiyalari rivoji yangi kashfiyotga bog‘liqmi?

Fiziklar 50 yil avval bashorat qilingan magnetizmning “tutqich bermas” shaklini aniqladi. Kelajak kvant texnologiyalari rivojiga katta ta’sir o‘tkazishi kutilayotgan kashfiyot haqida “Daryo” kolumnisti Muzaffar Qosimov ma’lumot beradi.

1966-yildayoq yapon fizigi Yosuke Nagaoka magnitlarni ishlashga majbur qiladigan fenomen bo‘lmish — ferromagnetizmni qo‘zg‘ata oladigan noodatiy yangi mexanizm haqidagi ilmiy g‘oya bilan chiqish qilgan edi. Uning g‘oyalari nazariy jihatdan asosga ega bo‘lgan bo‘lsa-da, lekin amalda tabiiy materiallarda shu chog‘gacha hali hech qachon kuzatilmagan edi.

Biroq texnik va texnologik progress olg‘a ketmoqda. Nature jurnalida e’lon qilingan maqolada aytilishicha, olimlar aynan shu fenomenni laboratoriya sharoitida kuzatishga muvaffaq bo‘ldi.

Fizik hodisa u haqidagi ilk ilmiy g‘oyalar muallifi Nagaoka sharafiga “Nagaoka ferromagnetizmi” deb nom oldi. Maqolada ta’kidlanishicha, olimlar Nagaoka ferromagnetizmining “eksperimental signaturalarini” olishga muvaffaq bo‘ldi. Buning uchun maxsus buyurtma asosida tayyorlangan va qat’iy nazorat qilsa bo‘ladigan kvant elektr sistemasi zarur bo‘ldi. Albatta, hali yangi turdagi magnetizm qurilmasini mavjud texnik ishlanmalar uchun tatbiq qilish borasida so‘z ochishga juda erta. Biroq amalga oshirilgan bu kashfiyot kelajak kvant texnologiyalari rivojiga katta ta’sir o‘tkazishi tayin.

Tadqiqotchilarning tan olishicha, ular eksperimentlarni boshlagan paytda loyihaning muvaffaqiyatiga umid ham qilmagan. Nagaoka ferromagnetizmini tushunishning eng oddiy usuli — bu maktab o‘quvchilari orasida bir zamonlar mashhur bo‘lgan “15” o‘yinidir. Unda, kvadrat shaklidagi quticha ichida to‘rt qator qilib terilgan birdan 15 gacha raqamlar va ularni surish uchun bitta bo‘sh joy bo‘ladi. Raqamlarni o‘zaro joy almashtirish orqali surib, ketma-ketlikni birdan 15 gacha to‘g‘rilab terish kerak bo‘ladi.

Nagaoka ferromagnetizmida ham shunga o‘xshash tartib hosil qilish kerak. “15” o‘yinidagi raqamlar o‘rnida faqat o‘zigagina xos spin va tekislanishga ega bo‘lgan elektronlar tasavvur qilinadi. Elektronlarning hammasi bir yo‘nalishga tekislangan paytda magnit maydoni yuzaga keladi. Nagaoka elektronlarning erkin harakatda bo‘lgan paytida ham material o‘zining magnit xossalarini saqlab qola oladigan holatdagi ideal ferromagnetizm hodisasini nazariy bayon qilib bergan edi.

Nagaoka ferromagnetizmida barcha elektronlar bir yo‘nalishda tekislangan va bu degani ular o‘rin almashgan taqdirda ham umumiy sistemaning magnetizm xossasi doimiy saqlanib qolaveradi va umumiy konfiguratsiya uchun elektronlar egallagan joyining ahamiyati yo‘qligi sababli sistemaga kamroq energiya talab etiladi.

Nagaoka ferromagnetizmini amalda ko‘rsatish uchun olimlar kvant nuqtalaridan iborat, ikki o‘lchamli 2×2 panjara yasadi (Kvant nuqtalari juda mayda yarimo‘tkazgich zarrachalar bo‘lib, kelajak kvant kompyuterlari aynan shunday zarrachalar asosida ishlashi taxmin qilingan). Keyin esa butun sistema mutlaq nol darajaga (−273,15 ℃) juda yaqin bo‘lgan −272,99℃ haroratgacha sovutildi. So‘ng uning ichidagi uch dona elektron tutib olindi (bu “15” o‘yinida raqamlarni surish uchun bitta joy qoldirilgani kabidir). Shundan keyin panjara Nagaoka aytganidek, o‘zini magnit sifatida tutayotganini ko‘rsatishi kerak edi.

Olimlar elektronlarning spini oriyentatsiyasini aniqlay oladigan o‘ta sezgir elektr datchigini qo‘lladi. O‘lchashlar o‘ta kichik va o‘ta sezgir kvant zarralardan iborat sistemada haqiqatan ham elektronlar spini bir tarafga tekislanganini ko‘rsatdi va tabiiyki, buning uchun eng kam energiya sarflanadigan holatni tanladi.

Avvallari bu narsa fizika sohasining eng murakkab muammolari qatoriga kiritilar edi. Shu sababli olingan ilmiy natijani bizning magnetizm hodisalari va kvant mexanikasi borasidagi bilimlarimizda ham, shuningdek, ferromagnetizm hodisasi borasida ham yangi ilg‘or qadam bo‘ldi deyish mumkin. Endilikda, magnetizm hodisalari nanoo‘lchamlar miqyosida ham kuchga ega ekani bizga ma’lum.

Olingan natija yaqin kelajakda bizning an’anaviy kompyuterlarimiz o‘rnini egallashi lozim bo‘lgan kvant kompyuterlarini yaratish yo‘lida katta yordam berishi mumkin. Nagaoka ferromagnetizmi singari kvant texnologiyalarini eksperiment qilib ko‘rishni taqozo qiladigan ilmiy g‘oyalar kvant kompyuterlarini yaratish borasida texnik va texnologik yo‘nalishni belgilab beradi.