Bilim adamları, on yıldan fazla bir süredir kuantum etkilerini göstermek için topolojik izolatörler kullanıyorlar, ancak
Kuantum fiziği ve topoloji - birlikte
Son yıllarda, maddenin topolojik durumlarının incelenmesi, dünyadaki fizikçilerin ve mühendislerin dikkatini çekmiştir.Bu araştırma alanı, kuantum fiziğini topoloji ile birleştirir , teorik matematiğin bir dalıMaddenin topolojik özellikleri hem temel fizik açısından hem de yeni nesil kuantum mühendisliği ve nanoteknolojideki uygulamalar için önemlidir.
Kuantum topolojisinin temeli
Kullanılan cihazın ana bileşeniKuantum topolojisinin gizemleri üzerine araştırma - topolojik yalıtkan. Benzersiz cihaz, içeride bir yalıtkan görevi görüyor; yani içerideki elektronlar serbestçe hareket edemiyor ve bu nedenle elektriği iletmiyor.
Ancak cihazın kenarlarındaki elektronlar serbesttir.hareket ederler ve bu nedenle iletkendirler. Topolojinin kendine has özellikleri sayesinde kenarlar boyunca akan elektronlara herhangi bir kusur veya deformasyon engellenmez. Yeni cihaz yalnızca gelecekteki teknolojileri geliştirmekle kalmayacak, aynı zamanda kuantum elektronik özelliklerini keşfederek maddenin kendisinin daha derinlemesine anlaşılmasını da sağlayacak.
Sorun nedir?
Hala malzeme ve cihazlar kullanılıyorişlevsel cihazlardaki gerçek uygulamalar için sorunluydu. Hepsi kuantum topolojisinin zorlu koşulları nedeniyle. Evet, artık topolojik malzemelere büyük bir ilgi var ve insanlar sıklıkla bunların pratik uygulamalara yönelik büyük potansiyellerinden bahsediyor. Ancak makroskobik kuantum topolojik etkisi oda sıcaklığında kendini gösterene kadar, bunların hepsi sadece bir hayal olarak kalacak.
Sorun şu ki çevre ya da yükseksıcaklıklar fizikçilerin "termal gürültü" dediği şeyi yaratır. Basit bir ifadeyle bu, atomların güçlü bir şekilde titremeye başladığı sıcaklıktaki bir artıştır. Bu, incelikli kuantum sistemlerinin işleyişini bozabilir ve böylece kuantum durumunun kendisini yok edebilir.
Özellikle topolojik yalıtkanlarda bunlardaha yüksek sıcaklıklar, yalıtkanın yüzeyindeki elektronların yalıtkanın iç kısmına girdiği bir durum yaratır. Bu, elektronların akımı iletmesine neden olur ve bu da özel kuantum etkisini zayıflatır veya yok eder.
Bunun bir yolu var mı?
Evet, bu tür deneyleri koşullar altında yaparakson derece düşük sıcaklıklar - mutlak sıfır civarında. Bu inanılmaz derecede düşük sıcaklıklarda atomik ve atom altı parçacıkların titreşimi durur ve dolayısıyla manipüle edilmeleri daha kolaydır. Ancak aşırı soğuk bir ortamın yaratılması ve sürdürülmesi birçok uygulama için pratik değildir; pahalıdır, hantaldır ve büyük miktarda enerji gerektirir.
Bilim adamları ne yaptı?
Fizikçiler bu durumun üstesinden gelmek için yenilikçi bir yol geliştirdilersorun. Bizmut bromürden (kimyasal formül α-Bi 4 Br 4) yeni bir tür topolojik yalıtkan oluşturdular. Bazen su arıtma ve kimyasal testler için kullanılan inorganik kristalli bir bileşiktir. Çalışmanın yazarlarının da belirttiği gibi, malzeme çok büyük bir basınç veya ultra yüksek bir manyetik alan gerektirmiyor.
Bilim insanları, çalışmalarında şunlara güvendiler:Kuantum Hall etkisi, 1980 yılında Klaus von Klitzing tarafından keşfedilen ve beş yıl sonra Nobel Ödülü'nü alan bir topolojik etki biçimidir. O zamandan beri topolojik fazlar yoğun bir şekilde incelendi. Bilim insanları, topolojik yalıtkanlar, topolojik süperiletkenler, topolojik mıknatıslar ve Weyl yarı metalleri dahil olmak üzere topolojik elektronik yapılara sahip birçok yeni kuantum malzeme sınıfı keşfettiler. Elektronik spektrumları, grafen spektrumunun üç boyutlu bir analogudur.
Bulmacanın son parçası
Oda sıcaklığında niceleme elde etmek için bilim adamları kagome kafesini kullandılar.
Kagome kafesi terimi bir Japon fizikçi tarafından icat edildi.İlk olarak Ishiro Shoji'nin Fushimi yönetimindeki 1951 tarihli bir makalesinde ortaya çıktı. Kagomes kafesi, üç altıgen bir mozaiğin köşelerinden ve kenarlarından oluşur. Adının aksine bu kesişimler matematiksel bir kafes oluşturmaz. Buna karşılık, üç altıgen bir mozaik, Öklid düzlemindeki düzenli çokgenlerden oluşan 11 homojen mozaikten biridir. Mozaik, her bir altıgen üçgenlerle çevrelenecek şekilde düzenlenmiş düzgün üçgenler ve düzgün altıgenlerden oluşur ve bunun tersi de geçerlidir. Mozaiğin adı, düzgün altıgen bir mozaik ile düzgün bir üçgen mozaiği birleştirmesinden kaynaklanmaktadır.
Kagome kafesindeki topolojik izolatörlergöreli bant geçişlerine ve güçlü elektron-elektron etkileşimlerine sahip olacak şekilde tasarlanabilir. Her ikisi de yeni bir tür manyetizma için gereklidir.
Kafes kagome. Yazar: N.Mori
Böylece bilim adamları kagome mıknatıslarınıntopolojik manyetik fazları aramak için umut verici bir sistem. Kendileri topolojik yalıtkanlara benzerler; bu tamamen uygun atom kimyası ve yapısal tasarım meselesidir.
Nereye götürüyor?
Araştırmacılar, atılımlarının kuantum ve nanoteknolojinin gelişmesine yol açacağına inanıyorlar.
Yeni bir yalıtkanın yaratılmasının özel bir etkisi olacakyeni nesil kuantum teknolojilerinin geliştirilmesi için. Araştırmacılar ayrıca bu atılımın daha verimli ve "yeşil" kuantum malzemelerinin geliştirilmesini hızlandıracağına inanıyor.
Sırada ne var?
Bilim adamlarına göre, şimdi araştırma ekibinin teorik ve deneysel odağı iki yönde yoğunlaşıyor.
İlk olarak, bilim insanları diğerlerinin neler olduğunu anlamak istiyorlar.topolojik malzemeler oda sıcaklığında çalışabilir. Ve daha da önemlisi, diğer uzmanlara oda koşullarında ve yüksek sıcaklıklarda performans gösterecek malzemeleri belirlemeleri için araçlar ve yeni ölçüm teknikleri sağlayın.
Daha fazla oku:
Arkeologlar İncil'deki efsaneleri resmen doğruladılar
Kalp öldüğünde vücudun hücrelerine ne olduğu ortaya çıktı
Starlink sinyali, GPS'e alternatif olarak kullanılmak üzere hacklendi