Kuantum maddesini tanımlayan sonsuz sayıda kuantum durumu ve çok sayıda elektronun etkileşime girmesi sonucu ortaya çıkan tuhaf olaylar, bilim dünyasında uzun yıllardır teorik olarak inceleniyor.
Bilim insanları, bu teorik durumları “kuantum hayvanat bahçesi” olarak adlandırıyor. 3 Nisan’da Nature dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada araştırmacılar, bu kuantum hayvanat bahçesine bir düzineden fazla yeni “tür” ekledi.
Yeni Kuantum Durumları Geniş Kullanım Alanı Potansiyeline Sahip
Columbia Üniversitesi’nden çalışmanın baş yazarı Xiaoyang Zhu, “Bu durumların bazıları daha önce hiç görülmedi,” açıklamasında bulundu.
Zhu, bu kadar çok sayıda yeni durum keşfetmeyi beklemediklerini de belirtti. Keşfedilen durumlar arasında, teorik olarak öngörülen topolojik kuantum bilgisayarlar için kullanılabilecek durumlar da yer alıyor. Topolojik kuantum bilgisayarlar, mevcut süper iletken materyallerden yapılan kuantum bilgisayarlardan daha düşük hata oranlarına sahip olmalarıyla öne çıkıyor.
Süper iletken malzemeler mıknatıslarla bozulduğu için topolojik durumların yaratılması zorlaşıyordu. Zhu’nun ekibinin keşfettiği durumlar, bükülmüş molibden ditelürür (MoTe2) adlı malzemenin özel özellikleri sayesinde harici bir mıknatısa ihtiyaç duymadan oluşabiliyor.
Kuantum Hall Etkisi ile Bağlantılı Olabilir
Zhu ve ekibinin keşfettiği bazı yeni durumlar, 1879 yılında keşfedilen klasik Hall etkisi ile bağlantılı olabilir. Klasik Hall etkisi, elektronların metal bir şerit boyunca manyetik alana maruz kaldığında kenarda toplanmasını tarif ediyor. Ancak elektronlar, iki boyutlu ve ultra soğuk ortamlarda kuantum mekanik etkileri gösterdiğinde, Hall etkisi artık doğrusal değil, elektron yüküne bağlı basamaklı “kuantumlanmış” sıçramalarla gerçekleşiyor. Bu kuantum Hall etkisi, elektron yükünün kesirli değerleri ile de gözlenebiliyor.
Columbia Üniversitesi’nden emekli profesör Horst Stormer, bu keşif nedeniyle 1998 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü almıştı.
Moiré Malzemeleri ile Yeni Keşifler
Kuantum araştırmalarının önemli malzemeleri arasında, atom inceliğinde katmanların hafifçe bükülmesiyle oluşan Moiré malzemeleri yer alıyor. Washington Üniversitesi’nden fizikçi Xiaodong Xu liderliğinde 2023 yılında yapılan çalışmalar, molibden ditelürür katmanlarında manyetik alana ihtiyaç duymayan anormal bir kesirli kuantum Hall etkisi keşfedildiğini ortaya koymuştu.
Zhu’nun ekibinden Max-Planck NYC Merkezi doktora sonrası araştırmacısı Yiping Wang, Xu’nun laboratuvarından aldığı örnekler üzerinde çalışarak birçok kesirli yük durumunu ortaya çıkardı. Bu durumlar arasında, topolojik kuantum bilgisayarların yapımı için gerekli olduğu teorik olarak öngörülen non-Abelian anyonlar da bulunuyor.
Yeni Tespit Tekniği: Pump-Probe Spektroskopisi
Araştırmacılar, kuantum durumlarını tespit etmek için pump-probe spektroskopi yöntemini kullandı. Bu yöntemde bir lazer darbesi kuantum durumlarını bozarken ikinci lazer değişen durumları yeniden oluştukça ölçüyor.
Araştırmacılardan Simons Fellow Eric Arsenault tarafından geliştirilen yöntem, kuantum durumlarını tespit etmede en hassas teknik olarak kabul ediliyor.
Yapılan keşiflerin ardından, araştırmacılar şimdi bu durumların tam olarak ne olduğunu ve hangi uygulamalarda faydalı olabileceğini belirlemeye çalışıyor.
Zhu, “Keşfettiğimiz çok fazla durum var. Umarız sonuçlarımız ve kullandığımız teknik, diğer araştırmacılara ilham verir,” ifadelerini kullandı.
İlginizi Çekebilir: İmkânsız Olduğu Düşünülen Egzotik Kuantum Fazı İlk Kez Gözlemlendi
Yeni keşfedilen kuantum hâlleri hakkındaki görüşlerinizi yorumlarda veya Kayıp Rıhtım Forum’da paylaşabilir, bilim dünyasından son gelişmeler için bizleri Google News ve WhatsApp’tan takip edebilirsiniz.
Kaynak: Phys
Forum üzerinden yorum yapıp sohbete katılmak için tıkla!