Telset.id – Para ilmuwan berhasil membuktikan bahwa spinon, partikel kuantum yang sebelumnya diyakini hanya ada berpasangan, ternyata dapat bergerak sendiri. Penemuan ini menjadi terobosan besar dalam pemahaman magnetisme kuantum dan berpotensi membuka jalan bagi pengembangan teknologi masa depan, termasuk komputer kuantum dan material magnetik canggih.
Spinon adalah quasipartikel yang muncul sebagai gangguan kuantum dalam sistem magnetik. Mereka terbentuk dalam material kuantum berdimensi rendah, khususnya rantai spin satu dimensi (1D), di mana elektron tersusun secara linier dan berinteraksi melalui spin kuantumnya. Ketika satu spin dibalik, efeknya tidak hanya memengaruhi satu elektron, tetapi menciptakan riak di sepanjang rantai. Riak ini dapat berperilaku seperti entitas diskrit dengan nilai spin ½, yang disebut spinon.
Konsep spinon pertama kali diusulkan pada awal 1980-an oleh fisikawan Ludwig Faddeev dan Leon Takhtajan. Mereka menyatakan bahwa eksitasi spin-1 dalam model kuantum tertentu dapat terbagi menjadi dua eksitasi spin-½, yang kemudian dinamakan spinon. Namun, hingga kini, semua pengamatan eksperimental hanya mendeteksi spinon berpasangan, sehingga muncul anggapan bahwa mereka tidak bisa eksis secara independen.
Bukti Eksperimental Pertama
Dalam studi terbaru, fisikawan dari Universitas Warsawa dan Universitas British Columbia menunjukkan bahwa spinon tunggal dapat diisolasi menggunakan model Heisenberg spin-½ chain, sebuah model terkenal dalam magnetisme kuantum. Dengan menambahkan satu spin ke sistem ini, baik dalam keadaan dasar maupun model yang disederhanakan (valence-bond solid/VBS), mereka membuktikan bahwa spin tunggal dapat bergerak bebas melalui rantai spin sebagai spinon soliter.
Yang lebih menarik, temuan ini tidak hanya bersifat teoretis. Sebuah eksperimen yang dipimpin oleh C. Zhao dan dipublikasikan di Nature Materials berhasil mengamati eksitasi spin-½ dalam rantai antiferromagnet berbasis nanographene yang mencerminkan perilaku spinon tunggal. Validasi eksperimen ini mengonfirmasi bahwa fenomena tersebut dapat terjadi dalam material kuantum nyata.
Baca Juga:
Implikasi untuk Teknologi Kuantum
Pemahaman tentang spinon tunggal memiliki implikasi luas, terutama dalam komputasi kuantum dan material maju. Spinon terkait erat dengan entanglement kuantum, prinsip inti dalam komputasi kuantum. Selain itu, mereka juga berperan dalam keadaan materi eksotis seperti superkonduktor suhu tinggi dan cairan spin kuantum.
“Penelitian kami tidak hanya memperdalam pemahaman tentang magnet, tetapi juga dapat berdampak besar pada bidang fisika dan teknologi lainnya,” kata Prof. Krzysztof Wohlfeld dari Fakultas Fisika Universitas Warsawa. Dengan mengontrol dinamika spinon, ilmuwan berpotensi mengembangkan material magnetik baru dan bahkan sistem qubit untuk komputer kuantum.
Studi ini dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Letters dan menjadi langkah penting dalam eksplorasi fisika kuantum. Untuk perkembangan terbaru tentang teknologi kuantum, simak juga sistem navigasi kuantum baru yang 50 kali lebih akurat dari GPS.
