Istraživači Kazuaki Takasan i Kjogo Kavaguči sa Univerziteta u Tokiju sa Kjosukeom Adačijem iz RIKEN-a, Japan, pokazali su da feromagnetizam, uređeno stanje atoma, može biti izazvan povećanjem pokretljivosti čestica i da su sile odbijanja između atoma dovoljne da ga održe.
Ovo otkriće ne samo da proširuje koncept aktivne materije na kvantne sisteme, već doprinosi i razvoju novih tehnologija koje se oslanjaju na magnetna svojstva čestica, kao što su magnetna memorija i kvantno računarstvo. Nalazi su objavljeni u časopisu Phisical Reviev Research.
Ptice koje se okupljaju, bakterije koje se roje, ćelijski tokovi. Ovo su sve primeri aktivne materije, stanja u kome se pojedinačni agensi, kao što su ptice, bakterije ili ćelije, samoorganizuju. Agensi se menjaju iz neuređenog u uređeno stanje u onome što se naziva „fazni prelaz“. Kao rezultat toga, oni se kreću zajedno na organizovan način bez spoljnog kontrolera.
„Prethodne studije su pokazale da se koncept aktivne materije može primeniti na širok spektar razmera, od nanometara (biomolekula) do metara (životinje)“, kaže Takasan, prvi autor. „Međutim, nije poznato da li se fizika aktivne materije može korisno primeniti u kvantnom režimu. Želeli smo da popunimo tu prazninu.“
Da bi popunili prazninu, istraživači su morali da pokažu mogući mehanizam koji bi mogao da izazove i održi uređeno stanje u kvantnom sistemu. Bio je to zajednički rad između fizike i biofizike. Istraživači su se inspirisali fenomenom jatanja ptica jer se zbog aktivnosti svakog agensa lakše postiže uređeno stanje nego kod drugih vrsta aktivne materije.
Stvorili su teorijski model u kojem su atomi u suštini oponašali ponašanje ptica. U ovom modelu, kada su povećali pokretljivost atoma, odbojne sile između atoma su ih preuredile u uređeno stanje zvano feromagnetizam. U feromagnetnom stanju, spinovi, ugaoni momenti subatomskih čestica i jezgara, poravnavaju se u jednom smeru, baš kao što se ptice koje jataju suočavaju u istom pravcu dok lete.
„U početku je bilo iznenađujuće otkriti da se poredak može pojaviti bez složenih interakcija između agenata u kvantnom modelu“, razmišlja Takasan o nalazu. „Bilo je drugačije od onoga što se očekivalo na osnovu biofizičkih modela.“
Istraživač je preuzeo višestruki pristup kako bi osigurao da njihov nalaz nije slučajan. Srećom, rezultati kompjuterskih simulacija, teorije srednjeg polja, statističke teorije čestica i matematičkih dokaza zasnovanih na linearnoj algebri bili su konzistentni. Ovo je ojačalo pouzdanost njihovog nalaza, prvi korak u novoj liniji istraživanja.
„Proširenje aktivne materije na kvantni svet je tek nedavno počelo, a mnogi aspekti su još uvek otvoreni“, kaže Takasan. „Želeli bismo da dalje razvijemo teoriju kvantne aktivne materije i otkrijemo njena univerzalna svojstva.
