Günümüzün en ileri teknolojilerine güç veren kuantum etkileri, genellikle gözlemlenmesi imkansız olan nano ölçeklerde gerçekleşir. Kuantum bilgisayarların, ultra hassas voltaj standartlarının ve beyin aktivitesini ölçen tıbbi cihazların kalbinde yer alan ‘Josephson etkisi’, bilim dünyası için hayati bir öneme sahiptir. Ancak bu etkinin, bir ‘Josephson kavşağı’ içindeki mikroskobik süreçleri bugüne kadar büyük ölçüde gizemini koruyordu.
Almanya'daki Rhineland-Pfalz Teknik Üniversitesi (RPTU) araştırmacıları, bu gizemi çözmek adına tarihi bir başarıya imza attı. Ekip, katı hal kuantum etkisini ultra soğuk atom bulutları kullanarak yeniden yarattı ve bir zamanlar yalnızca süperiletkenlere özgü olduğu düşünülen "Shapiro adımları"nı doğrudan gözlemledi.
SÜPERİLETKENLERDEN ULTRA SOĞUK ATOMLARA
Geleneksel bir Josephson kavşağı, son derece ince bir yalıtım bariyeri ile ayrılmış iki süperiletkenden oluşur. Ancak katı bir süperiletkenin içinde enerjin nasıl kaybolduğunu veya uyarılmaların nasıl oluştuğunu görmek neredeyse imkansızdır. RPTU ekibi bu engeli aşmak için "kuantum simülasyonu" tekniğine başvurdu.
Araştırmacılar, katı bir maddedeki elektronlar yerine, atomların kolektif olarak tek bir kuantum dalgası gibi davrandığı ultra soğuk gazlar olan Bose-Einstein yoğunlaşmasını (BEC) kullandı.
Oluşturulan iki yoğunlaşma, odaklanmış bir lazer ışınıyla ayrılarak atomik bir Josephson kavşağı elde edildi. Lazer bariyerinin periyodik hareketleriyle mikrodalga radyasyonunun etkisi taklit edildi ve sonuçta voltajın atomik karşılığı olan kimyasal potansiyel farkı ölçüldü. Sonuç, bilim insanlarını şaşırtacak nitelikteydi: Shapiro adımları atomik sistemde net bir şekilde ortaya çıktı.
‘EVRENSEL BİR FENOMEN OLDUĞU DOĞRULANDI’
Projenin baş araştırmacısı Fizikçi Herwig Ott, deneyin önemini şu sözlerle vurguladı: "Deneyimizde ortaya çıkan uyarılmaları ilk kez görselleştirebildik. Bu etkinin artık tamamen farklı bir fiziksel sistemde, ultra soğuk atomlardan oluşan bir toplulukta ortaya çıkması, Shapiro adımlarının evrensel bir fenomen olduğunu doğruluyor."
Ott, katı hal fiziğinden gelen bu kuantum mekaniksel etkinin, elektronların ve atomların kuantum dünyaları arasında bir köprü kurduğunu belirtti.
ATOMTRONİK DEVRELERİN KAPISI ARALANIYOR
Bu çalışma, atomik sistemlerin kuantum davranışını katı malzemelerin yapamayacağı şekilde görünür kıldığını kanıtlıyor. Araştırma, dağılım ve denge dışı kuantum dinamiklerini incelemek için yeni bir platform sunuyor.
Bilim insanlarının bir sonraki hedefi, birden fazla atomik Josephson kavşağını birbirine bağlayarak ‘Atomtronik’ olarak bilinen tam teşekküllü atom devreleri geliştirmek. Bu devrelerin, gelecekteki kuantum teknolojileri için kritik bir test ortamı olması bekleniyor.
