Fizik dünyasında onlarca yıldır teorik olarak varlığı bilinen kuantum mesafesi, ilk kez gerçek bir kristalde doğrudan ölçüldü. Güney Kore, ABD ve diğer ülkelerden bilim insanlarının yer aldığı uluslararası ekip, çalışmada katı malzemelerde elektronların kuantum geometrisini ortaya çıkardı.
SİYAH FOSFOR TERCİHİ
Araştırmacılar, basit ve iyi anlaşılmış yapısıyla bilinen elementel katmanlı kristal siyah fosforu tercih etti. Bu seçim, elektronların kuantum geometrisini incelemek için ideal koşulları sağladı. Elektronların davranışını haritalamak amacıyla açı çözünürlüklü fotoemisyon spektroskopisi (ARPES) tekniği kullanıldı.
ELEKTRONLARIN YÖNELİMİ
Ekip, ışığın polarizasyonuna göre değişen sonuçları analiz ederek, değerlik bandındaki elektronların pseudospin dokusunu yeniden oluşturdu. Daha basit bir ifadeyle, elektronların içsel kuantum yönelimlerinin momentum uzayında nasıl değiştiği ortaya çıkarıldı. Bu son derece hassas ölçümler, ABD’deki Gelişmiş Işık Kaynağı tesisinden sağlanan yüksek yoğunluklu ayarlanabilir ışık demetleriyle gerçekleştirildi.
METRİK TENSÖRÜN İLK ÖLÇÜMÜ
Araştırmacılar, verilerden yalnızca kuantum mesafesini değil, aynı zamanda kuantum durumlarının geometrisini tanımlayan matematiksel yapı olan tam kuantum metrik tensörünü de doğrudan hesapladı. Bu, Bloch elektronlarının kuantum metrik tensörünün katı maddede ilk kez tam olarak ölçülmesi anlamına geliyor.
KUANTUM TEKNOLOJİLERİNE YANSIMALAR
Kuantum mesafesinin ölçülmesi, süperiletkenlik gibi alışılmadık malzeme özelliklerini anlamanın yanı sıra, hata toleranslı kuantum bilgisayarlarının tasarımına da rehberlik edebilir. Şimdilik yalnızca siyah fosfor üzerinde ve kontrollü koşullarda gösterilen bu yöntem, gelecekte güçlü elektron etkileşimlerine sahip karmaşık malzemelere uygulanarak gelişmiş yarı iletkenler, yüksek performanslı süperiletkenler ve pratik kuantum teknolojilerinin önünü açabilir.
