Beklenmedik bir birliktelik süperiletkenlik Ve manyetizma Bu yıl iki deneyde gözlemlenen şey nihayet şu şekilde açıklandı: MİT Yeni çalışmaları bir romanın iç işleyişini gösteren bilim adamları kuantum fenomen.
Son zamanlarda olanlardan önce deneylerteorisyenler şunu varsaymışlardı: kuantum Devlet doğası gereği diğerini yok etmeli ve herhangi bir zamanda yalnızca birinin varlığını sürdürmesine izin vermelidir. MIT ekibinin çığır açan araştırmasına dayanan önerilen açıklama, yakın zamanda yayınlanan bir makalede yayınlandı. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri.
Kuantum İkililiği
Manyetizma ve süperiletkenlik, her ikisinin de elektron davranışından kaynaklanması bakımından benzerdir. Manyetizmada senkronize bir dönüş bir çekme kuvveti yaratırken, bir süperiletkende elektronlar malzeme içinde sürtünmesiz bir şekilde kayabilen “Cooper çiftleri” oluşturur. Güvenilir oda sıcaklığında süper iletken teknolojiler geliştirmenin önünde önemli bir engel olan Cooper çifti bağının hassaslığının, manyetik alanlara direnmek için yeterince sağlam olmadığı düşünülüyor. Bu, manyetik alana maruz kaldıklarında çiftlerin ayrılmasına ve süper iletken durumdan çıkmasına neden olmalıdır.
Manyetizma ve süperiletkenliğin bir arada varlığını gösteren ilk şaşırtıcı deney, çok sayıda eşkenar dörtgen grafen katmanından oluşan bir malzeme üzerinde gerçekleştirildi.
“Heyecan vericiydi” dedi yeni makalenin baş yazarı Senthil TodadrBen, MIT’deki William ve Emma Rogers Fizik Profesörü, Ju’nun sonuçları bir konferansta sunduğunu duyduğunu hatırlıyor. “Bu, mekanı canlandırdı ve bunun nasıl mümkün olabileceğine dair daha fazla soruyu gündeme getirdi.”
Bu fenomeni tanımlamak için yapılan aşağıdaki deney, kristal molibden ditellürid (MoTe2) kullanılarak gerçekleştirildi. Bu malzeme, süperiletkenliğe yol açan aynı koşullar altında egzotik bir fraksiyonel kuantum anormal Hall etkisi (FQAH) sergiliyor. Bu etki, bir materyalden geçen elektronları herhangi bir parçaya bölerek yeni teorinin önemli bir yönünü oluşturuyor.
Kuantum Dualitesini Açıklamak
MIT araştırmacılarının bu yıl gözlemlenen kuantum dualitesine ilişkin açıklamasında, böyle bir olgunun yalnızca belirli koşullar altında meydana geldiği belirtiliyor. Tasvir ettikleri senaryo, manyetik bir malzemedeki bir elektronun, anyon adı verilen küçük parçacıklara bölünmesiyle ortaya çıkıyor. Bu bölünmeler yalnızca uygun fraksiyonlarda meydana gelirse, yarı parçacıklar süperiletkenlerde gözlemlenen elektron akışını taklit ederek sürtünmesiz akış elde edebilir.
Bu, manyetik süperiletkenlerde meydana gelen şeyin sadece beklentilerin çelişkisi olmadığı, aynı zamanda yeni bir tür süperiletkenliğin keşfi olduğu anlamına geliyor. Geleneksel süperiletkenlik standart elektronlara dayanırken, egzotik anyonların bu yeni manyetik süper akımı benzersizdir.
Todadri, “Zafer ilan edilebilmesi için daha birçok deneye ihtiyaç var” dedi. “Fakat bu teori çok umut verici ve süperiletkenlik olgusunun ortaya çıkabileceği yeni yolların olabileceğini gösteriyor.”
Süperiletkenliğin doğasında olan zorluklar, kuantum hesaplamanın laboratuvardan çıkıp pratik kullanıma getirilmesinin önünde önemli engellerdir. Eğer daha fazla araştırma bu süperiletken anyonların varlığını doğrularsa, bunlar kuantum bilgisayarların üzerinde çalıştığı kübitleri oluşturmak için yeni bir yöntemi mümkün kılacak ve böylece karmaşık hesaplamaların verimli bir şekilde yürütülmesini mümkün kılacak.
Todadri, “Bu teorik fikirler, eğer başarılı olurlarsa, bu hayali küçük bir adım daha ulaşılabilir hale getirebilir” diyor.
Herkes Açıklandı
İsimleri 1980’lerde şaka yollu olarak belirlendiğinden, herhangi biri her zaman evrenin olağandışı bir özelliği olmuştur. Evrenimizin çoğunu oluşturan üç boyutlu bozon ve fermiyon parçacıklarının aksine, herhangi biri yalnızca iki boyutlu uzayda var olur. Eşsiz adları, diğer araştırmacıların yıllar sonra süperiletken potansiyeli beklentisini ekledikleri bu özelliğe, garip davranışlarının “her şey yolunda” yönünü aktarmayı amaçlamaktadır.
Todadri, “İnsanlar, herhangi birinin süper iletken olmasını sağlamak için genellikle manyetizmaya ihtiyaç duyulduğunu biliyordu ve birçok süper iletken malzemede manyetizmayı aradılar” dedi. “Fakat süperiletkenlik ve manyetizma genellikle bir arada ortaya çıkmaz. Bu yüzden bu fikri bir kenara attılar.”
Herhangi birinin süperiletken potansiyelinin kuantum dualitesiyle bir ilgisi olup olmadığıyla ilgilenen Todadri, araştırmalarına başlamak için ortak yazar Zhengyan Darius Shi ile birlikte çalıştı. Çalışmaları teorikti ve bireysel etkileşimlerin makroskobik kuantum durumlarına nasıl yol açtığını açıklayan kuantum alan teorisi denklemlerine dayanıyordu. Çift için en önemli zorluklardan biri, herhangi birinin harekete karşı bilinen direncini ele almaktı.
Todadri, “Sistemde herhangi biri olduğunda, herkes hareket etmeye çalışabilir, ancak diğer herkesin varlığı onu hayal kırıklığına uğratır” diye açıkladı. “Bu hayal kırıklığı, anyonlar birbirinden son derece uzakta olsa bile meydana geliyor. Ve bu tamamen kuantum mekaniksel bir etki.”
Herkesin Üzerinde Bir Göz
Ekibin MoTe2’ye odaklanmasıyla, MIT araştırmacıları materyaldeki FQAH koşullarını modelleyerek elektronların nasıl bölündüğünü ve elektron sayısı arttıkça hangi tür anyonların ortaya çıktığını gözlemlerken, çalışma teorik alanda da devam etti.
Bu elektron yoğunluğunun, anyonların 1/3 veya 2/3 yüklü versiyonları olarak nasıl oluştuğu üzerinde güçlü bir etkisi vardı. Kuantum alan teorisi denklemlerini iki tür anyona daha fazla uygulayarak, 1/3 yüklü anyonların çoğunluğunun hareket ettirilmesinin zor olduğunu buldular. Yine de 2/3 yüklü anyonların çoğunluğu bir süperiletken oluşturabilir.
Todadri, “Bu herkes hayal kırıklığından kurtulur ve sürtünme olmadan hareket edebilir” dedi. “Şaşırtıcı olan şey şu ki, bu, bir süperiletkenin oluşabileceği tamamen farklı bir mekanizmadır, ancak bir bakıma başka herhangi bir sistemdeki Cooper çiftleri olarak tanımlanabilecektir.”
Geleceğin Kuantum Araştırması
Belirli elektron yoğunluklarının süperiletken anyonlar ürettiğini bulmanın yanı sıra, araştırmacılar bu olayla ilgili ek ayrıntıları da ortaya çıkardılar. Anyonlar ilk ortaya çıktıklarında, malzemenin çeşitli yerlerinden rastgele filizlenen, bükümlü süper akımların yeni bir modeli olarak ortaya çıkarlar. Bu davranış, geleneksel süperiletkenlerinkinden oldukça farklıdır.
Ancak şimdilik çalışma teorik alanla sınırlı kalıyor. Deneycilerin artık bu fikirleri pratikte test edecek yöntemler geliştirmesi gerekecek. Onay, kuantum fiziği için ileriye doğru büyük bir adım olacak ve kuantum hesaplamada tamamen yeni yollar açabilir.
“Eğer herhangi bir kişiye dayalı açıklamamız MoTe’de olup bitenlerse2Todadri, “Anyonik kuantum maddesi” olarak adlandırılabilecek yeni bir tür kuantum maddesinin araştırılmasına kapıyı açıyor” dedi. “Bu, kuantum fiziğinde yeni bir bölüm olacak.”
Kağıt, “Düzensiz Kesirli Kuantum Anormal Salon İzolatöründen Anyon Delokalizasyonu Geçişleri“diye ortaya çıktı Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri 19 Aralık 2025’te.
Ryan Whalen The Debrief için bilim ve teknolojiyi ele alıyor. Tarih alanında yüksek lisans derecesine ve Kütüphane ve Bilgi Bilimi alanında yüksek lisans derecesine ve Veri Bilimi sertifikasına sahiptir. Kendisiyle iletişim kurulabilir [email protected]ve onu Twitter’da takip edin @mdntwvlf.
Source link
