กลศาสตร์ เป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์

การค้นพบนี้เป็นการทดลองที่เชื่อมโยงโลกของกลศาสตร์คลาสสิกและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าด้วยกัน และเผยให้เห็นธรรมชาติอันลึกลับของการเปลี่ยนแปลง Mott นอกจากนี้ยังสามารถชี้ให้เห็นถึงฟิสิกส์ที่ไม่สมดุลซึ่งเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดี แต่ควบคุมสิ่งที่เกิดขึ้นในโลกของเรา การค้นพบนี้อาจแสดงถึงขั้นตอนสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงของ Mott นับตั้งแต่มีการวางรากฐานในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามปรับกลศาสตร์ควอนตัมให้เข้ากับกฎของคลาสสิกหรือนิวตันฟิสิกส์ (เช่น วิธีที่คุณอธิบายเส้นทางของแอปเปิ้ลที่โยนขึ้นไปในอากาศ หรือหล่นลงมาจาก ต้นไม้). นักฟิสิกส์มีความก้าวหน้าในการเชื่อมโยงทั้งสองวิธี แต่การทดลองที่เชื่อมโยงทั้งสองยังมีน้อยมาก ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์มักจัดอยู่ในประเภทควอนตัมหรือคลาสสิก แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง ระบบหนึ่งที่รวมทั้งสองเข้าด้วยกันจะพบในตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นวัสดุบางชนิดที่นำไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์เมื่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำมาก สนามแม่เหล็กทะลุผ่านวัสดุตัวนำยิ่งยวดในรูปของเส้นใยเล็กๆ ที่เรียกว่า vortices ซึ่งควบคุมคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และแม่เหล็กของวัสดุ กระแสน้ำวนเหล่านี้แสดงคุณสมบัติทั้งแบบคลาสสิกและแบบควอนตัม ซึ่งทำให้นักวิจัยศึกษาพวกมันเพื่อเข้าถึงหนึ่งในปรากฏการณ์ที่ลึกลับที่สุดของฟิสิกส์ของสสารควบแน่นยุคใหม่ นั่นคือ การเปลี่ยนผ่านของฉนวน Mott เป็นโลหะ การเปลี่ยนแปลง Mott เกิดขึ้นในวัสดุบางอย่างที่ตามตำรา กลศาสตร์ ควอนตัมควรเป็นโลหะ แต่ในความเป็นจริงกลับเป็นฉนวน ปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนซึ่งควบคุมโดยปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคควอนตัมจำนวนมาก การเปลี่ยนผ่านของ Mott ยังคงลึกลับ แม้ว่าจะเป็นปรากฏการณ์แบบคลาสสิกหรือแบบควอนตัมก็ยังไม่ชัดเจนนัก ยิ่งไปกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยสังเกตการเปลี่ยนแปลง Mott แบบไดนามิกโดยตรง ซึ่งการเปลี่ยนเฟสจากสถานะฉนวนเป็นสถานะโลหะนั้นเกิดจากการขับกระแสไฟฟ้าผ่านระบบ ความผิดปกติที่มีอยู่ในระบบจริงปิดบังคุณสมบัติของ Mott ที่มหาวิทยาลัยทเวนเต้ นักวิจัยได้สร้างระบบที่มีไนโอเบียมตัวนำยิ่งยวดเกาะขนาดนาโนจำนวน 90,000 เกาะบนแผ่นฟิล์มทองคำ ในการกำหนดค่านี้ vortices พบว่าการรวมตัวเป็นรอยบุ๋มของพลังงานนั้นง่ายที่สุดในการจัดเช่นลังไข่ และทำให้วัสดุทำหน้าที่เป็นฉนวน Mott เนื่องจาก vortices จะไม่เคลื่อนที่หากกระแสไฟฟ้าที่ใช้มีขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เมื่อพวกเขาใช้กระแสไฟฟ้าที่มากพอ นักวิทยาศาสตร์เห็นการเปลี่ยนแปลง Mott แบบไดนามิกขณะที่ระบบพลิกกลับเป็นโลหะนำไฟฟ้า คุณสมบัติของวัสดุเปลี่ยนไปเมื่อกระแสน้ำผลักออกจากสมดุล ระบบกระแสน้ำวนมีพฤติกรรมเหมือนกับการเปลี่ยน Mott อิเล็กทรอนิกส์ที่ขับเคลื่อนด้วยอุณหภูมิ Valerii Vinokur เพื่อนร่วมงานดีเด่นของ Argonne และผู้เขียนที่เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าว เขาและผู้ร่วมวิจัย Tatyana Baturina ซึ่งขณะนั้นอยู่ที่ Argonne ได้วิเคราะห์ข้อมูลและจดจำพฤติกรรมของ Mott Vinokur กล่าวว่า "การทดลองนี้ทำให้เกิดความสอดคล้องกันระหว่างควอนตัมและฟิสิกส์คลาสสิก Hans Hilgenkamp หัวหน้ากลุ่มวิจัยของ University of Twente กล่าวว่า "เราสามารถควบคุมให้เกิดการเปลี่ยนเฟสระหว่างสถานะของ vortices ที่ถูกล็อคไปสู่ ​​vortices ที่กำลังเคลื่อนที่ได้โดยใช้กระแสไฟฟ้ากับระบบ "การศึกษาการเปลี่ยนเฟสเหล่านี้ในระบบประดิษฐ์ของเรานั้นน่าสนใจในตัวมันเอง แต่ก็อาจให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ในวัสดุจริง" ระบบนี้สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกแก่นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับฟิสิกส์สองประเภทที่เข้าใจยาก: ระบบหลายร่างกายและระบบที่ไม่สมดุล Vinokur กล่าวว่า "นี่เป็นระบบแบบคลาสสิกที่ง่ายต่อการทดลอง และให้การเข้าถึงระบบต่างๆ ของร่างกายที่ซับซ้อนมาก" Vinokur กล่าว "มันดูคล้ายกับมายากล" ตามชื่อที่บอกเป็นนัย ปัญหาหลายร่างกายเกี่ยวข้องกับอนุภาคจำนวนมากที่โต้ตอบกัน ด้วยทฤษฎีปัจจุบัน สิ่งเหล่านี้สร้างแบบจำลองหรือเข้าใจได้ยากมาก Vinokur กล่าวว่า "นอกจากนี้ ระบบนี้จะเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับฟิสิกส์นอกสมดุล ซึ่งจะเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในฟิสิกส์" Vinokur กล่าว กระทรวงพลังงานตั้งชื่อความท้าทายทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานด้านพลังงานที่สำคัญห้าประการในยุคของเรา หนึ่งในนั้นคือการเข้าใจและควบคุมปรากฏการณ์ที่ไม่สมดุล ระบบสมดุล - ซึ่งไม่มีพลังงานเคลื่อนที่ - ตอนนี้เข้าใจดีแล้ว แต่เกือบทุกอย่างในชีวิตของเราเกี่ยวข้องกับการไหลเวียนของพลังงาน ตั้งแต่การสังเคราะห์ด้วยแสง การย่อยอาหาร ไปจนถึงพายุหมุนเขตร้อน และเรายังไม่มีฟิสิกส์ที่จะอธิบายมันได้ดี นักวิทยาศาสตร์คิดว่าความเข้าใจที่ดีขึ้นอาจนำไปสู่การปรับปรุงครั้งใหญ่ในการกักเก็บพลังงาน แบตเตอรี่และการเก็บพลังงาน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และอื่นๆ ขณะที่เราพยายามทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เร็วขึ้นและเล็กลง ระบบ Mott ยังเสนอทางเลือกที่เป็นไปได้แทนทรานซิสเตอร์ซิลิกอน เนื่องจากสามารถสลับไปมาระหว่างตัวนำและฉนวนได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของแรงดันไฟฟ้า พวกเขาอาจเข้ารหัส 1 วินาทีและ 0 วินาทีในสเกลที่เล็กลงและมีความแม่นยำสูงกว่าทรานซิสเตอร์ซิลิกอน 'ในตอนแรก เรากำลังศึกษาโครงสร้างด้วยเหตุผลที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง กล่าวคือ เพื่อตรวจสอบผลกระทบของความไม่สม่ำเสมอต่อความเป็นตัวนำยิ่งยวด" Hilgenkamp กล่าว "หลังจากพูดคุยกับ Valerii Vinokur ที่ Argonne เราตรวจสอบข้อมูลของเราอย่างเฉพาะเจาะจงมากขึ้น และค่อนข้างประหลาดใจที่เห็นว่า มันเผยให้เห็นรายละเอียดของการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะของกระแสน้ำวนที่ถูกล็อกและกำลังเคลื่อนที่อย่างสวยงาม มีแนวคิดมากมายสำหรับการศึกษาติดตามผล และเราหวังว่าจะได้ทำงานร่วมกันอย่างต่อเนื่อง"