اطلاعات آنلاین ـ برای دهه‌ها، کبالت به عنوان یکی از شناخته ‌شده ‌ترین فلزات مغناطیسی در نظر گرفته می‌شد. ساختار بلوری و خواص اساسی آن به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته و دانشمندان را به این باور رسانده است که شگفتی‌های کمی برای کشف باقی مانده اند. اما پژوهش های جدید نشان داده است که این عنصر آشنا، یک چشم‌انداز کوانتومی پیچیده و غیرمنتظره را در ساختار الکترونیکی خود پنهان کرده است.

یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی از مرکز «هلمهولتز» برلین (HZB) کشف کرد که کبالت حاوی شبکه‌ای غنی از حالت‌های الکترونیکی توپولوژیکی است که حتی در دمای اتاق پایدار می‌مانند. این یافته‌ها فرضیات طولانی مدت در مورد این فلز را به چالش می کشد و نشان می‌دهد که کبالت نقش مهمی در فناوری‌های الکترونیکی و مبتنی بر اسپین در آینده می‌تواند ایفا کند. اسپین، ویژگی ذاتی ذرات بنیادی مانند الکترون و نوترون و پروترون است.

کبالت یکی از آشناترین و گسترده‌ترین عناصر فرومغناطیسی مورد مطالعه در 40 سال گذشته است و تصور می‌شد که ساختار الکترونیکی آن به خوبی درک شده است. با این حال، آن چه پژوهشگران کشف کردند یک ساختار نواری توپولوژیکی جالب با تقاطع‌ها و گره‌های متعدد است که رفتار الکترونیکی کم‌انرژی آن را در کنترل دارند. این امر درک فعلی ما از خواص اصلی این عنصر را به طور کامل تغییر می‌دهد.

حالت‌های الکترونیکی حاصل می‌توانند حامل‌های بار الکتریکی بسیار سریع و از نظر توپولوژیکی قوی را هدایت کنند. این ویژگی سبب می شود برای فناوری‌های اطلاعات آینده و کاربردهای اسپینترونیک بسیار مورد توجه قرار گیرند. اسپینترونیک یا الکترونیک اسپینی، علم استفاده از اسپین الکترونها در الکترونیک است.

ویژگی های جدید برای مغناطیس و مواد کوانتومی

فراتر از کاربردهای بالقوه فناوری، پژوهشگران معتقدند که این کشف ممکن است به ویژگی‌های توپولوژیکی پنهان مشابه در سایر فرومغناطیس‌های عنصری و فلزات واسطه اشاره کند. در صورت تأیید، این یافته می‌تواند دریچه‌ای به سوی یافتن طیف گسترده‌ای از پدیده‌های کوانتومی ناشناخته قبلی در موادی که دهه‌هاست مورد مطالعه هستند، باز کند.

نتایج نشان می‌دهد که چگونه حتی برخی از آشناترین مواد هنوز می‌توانند شگفتی‌های علمی بزرگی را پدید آورند. همچنین این کشف نشان می‌دهد که شناخت ما از فلزات فرومغناطیسی هنوز ناقص است و بنابراین فرصت‌های جدیدی را برای تحقیق در مورد مغناطیس، ماده توپولوژیکی و برانگیختگی‌های غیرمعمول که از این حالت‌های کوانتومی ناشی می‌شوند، آشکار می‌کند.

نتایج این مطالعه در ژورنال  Communications Materials منتشر شد.