یک تبهگنی کوانتومی که نام آن برگرفته از یویوی چینی است، طول عمر مغناطش زنجیره ای کوتاه از اتمهای مغناطیسی را تا 1000 برابر افزایش می دهد.

اگر تعداد انگشت شماری از اتم های آهن را به خط کنید، اسپین های مغناطیسی آنها می توانند خود را در یک یا در واقع چند الگوی پاد فرومغناطیس متناوب مرتب کنند. این اتمها به لطف طبیعت کوانتومی خود، یک برهمنهی از حالتهای پاد فرومغناطیس را اشغال می کنند. به طور معمول، این زنجیره به سرعت بین دو حالت می چرخد. اما رابی اِلبرتث Robbie Elbertse و همکارانش از دانشگاه صنعتی دلفت هلند، اکنون نشان داده اند یک زنجیره کوتاه از اتمهای آهن می توانند در یک نقطه به اصطلاح دیابولیک (diabolic point) هم محور شوند که اثر آن طولانی کردن بسیار زیاد زمانی است که زنجیره در یک حالت یا حالت دیگر صرف می کند[1].

نام نقطه دیابولیک بر گرفته از دیابلو (diabolo)، یک یویوی چینی است که دو نیمه مخروطی آن در یک گردن باریک به هم می رسند. با ترسیم انرژی یک زنجیره اسپینی پادفرومغناطیسی بر حسب شدت میدان مغناطیسی اعمال شده، شکل مشابهی به دست می آید: یک مخروط رو به بالا که در حالت پایه است در حالیکه مخروط رو به پایین اولین حالت برانگیخته می باشد. در نقطه اتصال آنها یعنی نقطه دیابولیک، دو حالت تبهگن هستند.

برای ایجاد نقطه دیابولیکِ آنها، پژوهشگران پنج اتم آهن را روی یک سطح نیترید مس در دمای پایین و خلأ فوق العاده بالا قرار دادند. یک میدان مغناطیسی به طور موازی بر سطح اعمال شد که دقیقا مقدار مناسب برای ایجاد حالتهای پایه و برانگیخته اولِ تقریبا تبهگن را داشت. با اندازه گیری اسپین اتم میانی با استفاده از یک میکروسکوپ تونلی روبشی، پژوهشگران دریافتند در نقطه دیابولیک الگوی پادفرو مغناطیسی حدود هر 10 ثانیه چرخیده است. با تغییر میدان موازی و اعمال یک میدان عمودی دیگر، آنها شرایط دور از نقطه دیابولیک را ترسیم کردند. در بیشترین فاصله، زمان چرخش به اندازه 3 مرتبه بزرگی کاهش یافت. پژوهشگران می گویند حساسیت مدت زمان چرخش به میدان مغناطیسی موضعی می تواند در یک مغناطیس سنج با اندازه اتمی به کار برده شود.

1. R. J. G. Elbertse et al., “Long-lived magnetization in an atomic spin chain tuned to a diabolic point,” Phys. Rev. Lett. 133, 166703 (2024).

منبع:

Diabolical Nanomagnets