Yeni çalışmada, atom inceliğindeki mıknatıslarda eksitonların spin dalgaları yoluyla etkileşebildiği gösterildi; bu keşif, kuantum bilgisayarların temel yapıtaşlarını oluşturabilir.
New York Şehir Üniversitesi’ne (CCNY) bağlı fizikçiler, gelecekte optik bilgisayarlar ve kuantum cihazlar gibi gelişmiş teknolojilerin temelini atabilecek önemli bir keşfe imza attı. CCNY’nin Nano ve Mikro Fotonik Laboratuvarı’ndan (LaNMP) Dr. Vinod Menon liderliğindeki ekip, atom inceliğindeki mıknatıslarda elektronların, “spin dalgaları” olarak adlandırılan manyetik dalgalar yoluyla birbirleriyle dolaylı olarak etkileşime girebildiğini gösterdi. Çalışma, Nature Materials dergisinde yayınlandı.
Elektronlar atomların çevresinde dolaşan negatif yüklü parçacıklar. Elektronlar belirli koşullarda “eksiton” adı verilen çiftler oluşturabilir: bir elektron ve onun terk ettiği boşluk (delik) birlikte hareket eder. Bu çiftler, özellikle ışıkla madde etkileşimlerinde çok önemli. Menon ve ekibi, bu eksitonların birbirleriyle doğrudan değil, ama spin dalgaları aracılığıyla iletişim kurabildiğini gösterdi.
Spin dalgaları, çok küçük ölçekteki manyetik düzenlemelerdeki değişimler olarak tanımlanıyor. Bunu suya atılan bir taşın oluşturduğu halkalara benzetebiliriz. Taşın düştüğü yerden yayılan dalgalar, çevredeki diğer cisimleri etkiliyor. Benzer şekilde, bir eksiton çevredeki manyetik düzeni bozuyor ve bu bozulma, yakınlardaki diğer eksitonları etkileyebiliyor. Yani eksitonlar, birbirlerine doğrudan dokunmadan, aralarındaki manyetik “su dalgaları” sayesinde etkileşiyor.
Bu deneyde CrSBr (krom sülfür bromür) adlı özel bir 2 boyutlu (yani atom kalınlığında) yarı iletken madde kullanıldı. Bu madde hem mıknatıslanabilen bir yapıya sahip hem de ışıkla güçlü bir etkileşim kurabiliyor. Menon’un ekibi, daha önce bu malzemeyle yapılan çalışmalarda ışık-madde etkileşimini incelemişti.
Bu keşfin en heyecan verici yönlerinden biri, eksitonlar arasındaki bu dolaylı etkileşimin dışarıdan bir manyetik alanla kontrol edilebilmesi. Yani bilim insanları bu etkileşimi adeta bir düğme gibi açıp kapatabiliyor. Bu da gelecekte bilgisayarlar ve iletişim sistemleri için önemli bir avantaj sağlayabilir.
Araştırmacıların Datta üniversite bültenine verdiği demeçte, “Eksitonlar arasındaki bu etkileşimi dışardan kontrol edebilmek, teknolojik uygulamalar açısından büyük bir adım. Bu, klasik yöntemlerle pek mümkün olmayan bir şey” ifadelerini kullandı.
Araştırmanın diğer liderlerinden Dr. Pratak Chandra Adak ise bu keşfin, kuantum transdüserler (yani kuantum sinyalleri bir frekanstan başka bir frekansa çevirebilen aygıtlar) gibi yeni nesil teknolojilerin yolunu açabileceğini belirtti. Bu tür cihazlar, özellikle kuantum bilgisayarların ve kuantum internetin geliştirilmesinde kilit rol oynuyor.
Sonuç olarak, bu çalışma sadece teorik bilim açısından değil, aynı zamanda geleceğin iletişim ve bilgisayar teknolojileri açısından da büyük bir potansiyel taşıyor. Atom boyutlarındaki mıknatıslarda, görünmeyen “dalga yolculukları” sayesinde elektronların birbirini etkilemesi, teknoloji dünyasında yeni bir sayfa açabilir.
Kaynak: CCNY
