U novoj studiji predstavljenoj u časopisu Proceedings of National Academy of Sciences dvojica teorijskih fizičara sa Sveučilišta Rice tvrde da su uspjela napraviti značajne pomake na tom putu.

Istražujući kvantne petlje supervodiča i drugih tehnološki naprednih materijala, tim je došao i do odgovora na misterij nastanka feromagnetizma.

'Kao teoretičari nastojimo doći do točnih rješenja. Iako je naš model čisto teorijski, svojim rezultatima odgovara onome što se zbiva u stvarnom svijetu', objasnio je voditelj istraživanja Qimiao Si.

Feromagnete obično jednostavno nazivamo magnetima, a u svakodnevnom ih životu najčešće koristimo da bismo pričvrstili poruke na vrata hladnjaka. Znanstvenici već odavno razumiju ponašanje magneta na tzv. makro razini. Međutim, na razini atoma i elektrona porijeklo feromagnetizma još je uvijek nejasno.

Si i njegov kolega Seiji Yamamoto već godinama istražuju ponašanje različitih neobičnih materijala, osobito visokotemperaturnih supravodiča. Naime, kada bi se supravodljivost mogla ostvariti na sobnim temperaturama, rezultat bi pokrenuo pravu tehnološku revoluciju – mnogi uređaji, motori i generatori koje svakodnevno koristimo radili bi daleko učinkovitije. A visokotemperaturna supravodljivost javlja se upravo na granici magnetizma. Tradicionalne teorije pokušavaju odgonetnuti tajnu visokotemperaturne supravodljivosti razmatrajući magnetizam kao odvojenu pojavu u kojoj elektroni, nosači električne struje, ne igraju nikakvu ulogu u tzv. kvantnoj kritičnosti.

Kvantna kritičnost odnosi se na prijelaz između stanja, kritičnu točku u kojoj dolazi do nagle promjene u fizikalnim svojstvima materijala i predstavlja svojevrsni kvantni ekvivalent prelasku krutog stanja u tekuće kao u otapanju leda. Pritom je kvantno kritična tvar materijal koji se nalazi u prijelazu između stanja koji je uzrokovan podrhtavanjem subatomskih čestica u skladu s Heisenbergovim principom neodređenosti.

Si je 2001. godine predstavio novu teoriju koja nastoji objasniti eksperimentalno utvrđeno ponašanje elektrona u materijalima koji se približavaju kvantnoj kritičnosti, a koja objedinjuje magnetizam i nabijene elektronske ekscitacije, odnosno pobuđenja.

Istražujući ponašanje feromagneta u točki kvantne kritičnosti Si i Yamamoto su kreirali model koji idealizira zbivanja u prirodi. Njihova polazna točka bio je tzv. kondo efekt koji se temelji na kvantnim magnetskim pojavama. Tim je kreirao finu kondo mrežu elektrona koji su se ponašali jednako kao elektroni u stvarnim materijalima. Ovaj model uspješno je kreirao svojstva koja se očituju u feromagnetizmu. Štoviše, feromagnetsko stanje koje je predvidio njihov model imao je kvantna svojstva koja su bila vrlo slična onima koja su otkrivena u tzv. fermionskim feromagnetima.

'Ovaj je model koristan je nam omogućuje da predvidimo kako će se materijali u stvarnom svijetu ponašati u određenim okolnostima', rekao je Yamamoto. 'Uspjeli smo ga upotrijebiti za objašnjenje eksperimentalnih promatranja teških fermionskih materijala uključujući jednako antiferomagnete kao i feromagnete koji još uvijek nisu potpuno razjašnjeni.'