เอฟเฟกต์ Spin Nernst สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ บาคาร่า ออกแบบอุปกรณ์ใหม่ที่จัดเก็บข้อมูลโดยใช้คุณสมบัติควอนตัมของสปินเมื่อสิ่งต่างๆ ร้อนขึ้น อิเล็กตรอนที่หมุนอยู่จะแยกทางกัน
การทำให้ปลายด้านหนึ่งของแถบแพลตตินัมอุ่นขึ้นจะส่งอิเล็กตรอนไปรอบๆ ตามการหมุน ซึ่งเป็นคุณสมบัติควอนตัมที่ทำให้พวกเขาประพฤติตัวราวกับว่ากำลังหมุนวนไปรอบๆ นักวิจัยรายงานออนไลน์ใน วันที่ 11 กันยายนในNature Materials “ชิ้นส่วนสุดท้ายที่หายไปในปริศนาคือการหมุนของ Nernst และนั่นเป็นเหตุผลที่เราออกเดินทางเพื่อค้นหาสิ่งนี้” Sebastian Goenenwein ผู้เขียนร่วมการศึกษากล่าว นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเทคนิคเดรสเดนในเยอรมนีกล่าว
เอฟเฟกต์และพี่น้องของมัน
ซึ่งมีชื่อเหมือนเอฟเฟกต์ spin Hall, เอฟเฟกต์ Spin Seebeck และเอฟเฟกต์ Spin Peltier – ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างกระแสของสปินอิเล็กตรอนหรือกระแสสปิน การวิจัยดังกล่าวอาจนำไปสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งใช้การหมุนของอิเล็กตรอนเพื่อจัดเก็บและส่งข้อมูลแทนการใช้ไฟฟ้า ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่า “สปินทรอนิกส์”
ในเอฟเฟกต์การหมุนของ Nernst ซึ่งตั้งชื่อตาม Walther Nernst นักเคมีผู้ได้รับรางวัลโนเบล การให้ความร้อนที่ปลายโลหะด้านหนึ่งทำให้อิเล็กตรอนไหลไปทางปลายอีกด้าน โดยจะกระเด้งไปมาภายในวัสดุขณะเคลื่อนที่ ภายในวัสดุบางประเภท การกระเด้งนั้นมีทิศทางที่ต้องการ: อิเล็กตรอนที่มีสปินชี้ขึ้น (ราวกับว่าหมุนทวนเข็มนาฬิกา) ไปทางขวา และอิเล็กตรอนที่มีสปินชี้ลง (ราวกับว่าหมุนตามเข็มนาฬิกา) ไปทางซ้าย ทำให้เกิดกระแสสปินโดยรวม แม้ว่าจะคาดการณ์ผลกระทบไว้แล้ว แต่ยังไม่มีใครสังเกตเห็น
การค้นหาหลักฐานของผลกระทบจำเป็นต้องแยกส่วนจากผลกระทบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและประจุที่เกิดขึ้นในวัสดุ ในการทำเช่นนั้น นักวิจัยได้จับคู่แพลตตินัมเข้ากับชั้นฉนวนแม่เหล็ก ซึ่งเป็นวัสดุที่เรียกว่าโกเมนเหล็กอิตเทรียม จากนั้นพวกเขาก็เปลี่ยนทิศทางของการสะกดจิตของฉนวนซึ่งเปลี่ยนว่ากระแสหมุนสามารถไหลผ่านฉนวนได้หรือไม่ การเปลี่ยนแปลงนั้นเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยที่วัดตามแถบแพลตตินั่ม นักวิทยาศาสตร์ได้วัดว่าแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตามทิศทางของการสะกดจิตเพื่อแยกรอยนิ้วมือของเอฟเฟกต์การหมุนของ Nernst
“การวัดนี้เป็นทัวร์เดอฟอร์ซ การวัดนั้นยากอย่างน่าขัน” นักฟิสิกส์ Joseph Heremans จาก Ohio State University ในโคลัมบัสซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว ผลกระทบนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวัสดุที่อาจเป็นประโยชน์สำหรับการสร้างอุปกรณ์ spintronic ได้ดีขึ้น “เป็นมุมมองใหม่เกี่ยวกับฟิสิกส์ของสิ่งที่เกิดขึ้นภายในอุปกรณ์เหล่านี้”
ญาติของเอฟเฟกต์สปิน Nernst ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์สปินฮอลล์นั้นได้รับการศึกษาอย่างมากถึงการใช้งานในอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ ในเอฟเฟกต์ Spin Hall สนามไฟฟ้าผลักอิเล็กตรอนผ่านวัสดุ และอนุภาคจะเบี่ยงเบนไปทางซ้ายและขวาขึ้นอยู่กับการหมุนของพวกมัน เอฟเฟกต์การหมุนของ Nernst ขึ้นอยู่กับฟิสิกส์พื้นฐานเดียวกัน แต่ใช้ความร้อนแทนสนามไฟฟ้าเพื่อให้อนุภาคเคลื่อนที่
“มันเป็นการทดลองที่สวยงาม มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงเอฟเฟกต์การหมุนของ Nernst” Greg Fuchs นักฟิสิกส์จาก Cornell University กล่าว “มันเป็นการรวมความเข้าใจของเราเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างการชาร์จ ความร้อน และการขนส่งแบบหมุนได้อย่างสวยงาม”
การทดสอบระลอกน้ำครั้งใหม่สนับสนุนแนวคิดเรื่องความร้อนควอนตัมในสุญญากาศ
แอนะล็อกในห้องปฏิบัติการของเอฟเฟกต์ Unruh นี้ตรงกับความคาดหวังสำหรับการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วในอวกาศ พื้นที่ว่างอาจรู้สึกร้อนสำหรับนักเดินทางที่กำลังแหวกว่ายผ่านคลิปที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หรือนักฟิสิกส์บางคนคาดการณ์ไว้ และการทดลองใหม่ได้บอกใบ้ว่าสิ่งเหล่านั้นอาจถูกต้อง
แนวคิดนั้นเรียกว่าเอฟเฟกต์ Unruh ดูเหมือนว่าจะได้รับการสนับสนุนโดยเอฟเฟกต์ที่คล้ายคลึงกันที่ปรากฏในถังน้ำที่กระเพื่อม นักวิจัยรายงานวันที่ 7 กันยายนที่ arXiv.org หากต้องพิจารณาอย่างละเอียดถี่ถ้วน ผลลัพธ์จะถือเป็นครั้งแรกที่มีการตรวจพบเอฟเฟกต์ Unruh เวอร์ชันแรก
เป็นแนวคิดที่ขัดกับสัญชาตญาณ: สำหรับผู้สังเกตที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ สุญญากาศที่สมบูรณ์แบบจะเย็นยะเยือก แต่คนที่เร่งความเร็วผ่านพื้นที่ว่างนั้นอาจทำให้เหงื่อออกมาก นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี George Matsas จาก São Paulo State University ในบราซิลกล่าวว่า “ผลกระทบของ Unruh นั้นโดยทั่วไปแล้วบอกว่าถ้าคุณเร่งความเร็วเพียงพอในสุญญากาศ คุณสามารถเผาไหม้จนตายได้
ความฝันในปี 1970 เอฟเฟกต์ Unruh ซึ่งตั้งชื่อตามหนึ่งในผู้ค้นพบคือ William Unruh นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียในแวนคูเวอร์ ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าในฟิสิกส์ควอนตัม พื้นที่ว่างไม่เคยว่างเปล่าอย่างแท้จริง ในทางกลับกัน อนุภาคและปฏิปักษ์ที่หมุนวนอย่างโกลาหลกลับถูกสร้างและทำลายล้างอย่างต่อเนื่อง สำหรับใครก็ตามที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ อนุภาคเหล่านั้นจะเป็นแบบชั่วคราว หรือ “เสมือน” อนุภาคเสมือนดังกล่าวดูเหมือนจะละเมิดการอนุรักษ์พลังงานในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งเป็นมุมแหลมที่เกิดขึ้นจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก แต่สำหรับผู้สังเกตที่เร่งความเร็ว อนุภาคเหล่านั้นจะทำหน้าที่เหมือนอนุภาคจริงต่อเนื่องที่มีพลังงานที่กำหนดไว้อย่างดี และสร้างอุณหภูมิที่จะเพิ่มขึ้นด้วยความเร่งที่มากขึ้น บาคาร่า / ลายสัก
