Физиклар 50 йил аввал башорат қилинган магнетизмнинг «тутқич бермас» шаклини аниқлади. Келажак квант технологиялари ривожига катта таъсир ўтказиши кутилаётган кашфиёт ҳақида «Дарё» колумнисти Музаффар Қосимов маълумот беради.

1966 йилдаёқ япон физиги Ёсукэ Нагаока магнитларни ишлашга мажбур қиладиган феномен бўлмиш — ферромагнетизмни қўзғата оладиган ноодатий янги механизм ҳақидаги илмий ғоя билан чиқиш қилган эди. Унинг ғоялари назарий жиҳатдан асосга эга бўлган бўлса-да, лекин амалда табиий материалларда шу чоғгача ҳали ҳеч қачон кузатилмаган эди.

Бироқ техник ва технологик прогресс олға кетмоқда. Nature журналида эълон қилинган мақолада айтилишича, олимлар айнан шу феноменни лаборатория шароитида кузатишга муваффақ бўлди.

Фото: Google Photos

Физик ҳодиса у ҳақидаги илк илмий ғоялар муаллифи Нагаока шарафига «Нагаока ферромагнетизми» деб ном олди. Мақолада таъкидланишича, олимлар Нагаока ферромагнетизмининг «экспериментал сигнатураларини» олишга муваффақ бўлди. Бунинг учун махсус буюртма асосида тайёрланган ва қатъий назорат қилса бўладиган квант электр системаси зарур бўлди. Албатта, ҳали янги турдаги магнетизм қурилмасини мавжуд техник ишланмалар учун татбиқ қилиш борасида сўз очишга жуда эрта. Бироқ амалга оширилган бу кашфиёт келажак квант технологиялари ривожига катта таъсир ўтказиши тайин.

Тадқиқотчиларнинг тан олишича, улар экспериментларни бошлаган пайтда лойиҳанинг муваффақиятига умид ҳам қилмаган. Нагаока ферромагнетизмини тушунишнинг энг оддий усули — бу мактаб ўқувчилари орасида бир замонлар машҳур бўлган «15» ўйинидир. Унда, квадрат шаклидаги қутича ичида тўрт қатор қилиб терилган бирдан 15 гача рақамлар ва уларни суриш учун битта бўш жой бўлади. Рақамларни ўзаро жой алмаштириш орқали суриб, кетма-кетликни бирдан 15 гача тўғрилаб териш керак бўлади.

Нагаока ферромагнетизмида ҳам шунга ўхшаш тартиб ҳосил қилиш керак. «15» ўйинидаги рақамлар ўрнида фақат ўзигагина хос спин ва текисланишга эга бўлган электронлар тасаввур қилинади. Электронларнинг ҳаммаси бир йўналишга текисланган пайтда магнит майдони юзага келади. Нагаока электронларнинг эркин ҳаракатда бўлган пайтида ҳам материал ўзининг магнит хоссаларини сақлаб қола оладиган ҳолатдаги идеал ферромагнетизм ҳодисасини назарий баён қилиб берган эди.

Нагаока ферромагнетизмида барча электронлар бир йўналишда текисланган ва бу дегани улар ўрин алмашган тақдирда ҳам умумий системанинг магнетизм хоссаси доимий сақланиб қолаверади ва умумий конфигурация учун электронлар эгаллаган жойининг аҳамияти йўқлиги сабабли системага камроқ энергия талаб этилади.

Нагаока ферромагнетизмини амалда кўрсатиш учун олимлар квант нуқталаридан иборат, икки ўлчамли 2×2 панжара ясади (Квант нуқталари жуда майда яримўтказгич заррачалар бўлиб, келажак квант компьютерлари айнан шундай заррачалар асосида ишлаши тахмин қилинган). Кейин эса бутун система мутлақ нол даражага (−273,15 ℃) жуда яқин бўлган −272,99℃ ҳароратгача совутилди. Сўнг унинг ичидаги уч дона электрон тутиб олинди (бу «15» ўйинида рақамларни суриш учун битта жой қолдирилгани кабидир). Шундан кейин панжара Нагаока айтганидек, ўзини магнит сифатида тутаётганини кўрсатиши керак эди.

Олимлар электронларнинг спини ориентациясини аниқлай оладиган ўта сезгир электр датчигини қўллади. Ўлчашлар ўта кичик ва ўта сезгир квант зарралардан иборат системада ҳақиқатан ҳам электронлар спини бир тарафга текисланганини кўрсатди ва табиийки, бунинг учун энг кам энергия сарфланадиган ҳолатни танлади.

Авваллари бу нарса физика соҳасининг энг мураккаб муаммолари қаторига киритилар эди. Шу сабабли олинган илмий натижани бизнинг магнетизм ҳодисалари ва квант механикаси борасидаги билимларимизда ҳам, шунингдек, ферромагнетизм ҳодисаси борасида ҳам янги илғор қадам бўлди дейиш мумкин. Эндиликда, магнетизм ҳодисалари наноўлчамлар миқёсида ҳам кучга эга экани бизга маълум.

Олинган натижа яқин келажакда бизнинг анъанавий компьютерларимиз ўрнини эгаллаши лозим бўлган квант компьютерларини яратиш йўлида катта ёрдам бериши мумкин. Нагаока ферромагнетизми сингари квант технологияларини эксперимент қилиб кўришни тақозо қиладиган илмий ғоялар квант компьютерларини яратиш борасида техник ва технологик йўналишни белгилаб беради.