Pazartesi, Mart 4, 2024
Ana Sayfa Bilim Kuantum Gürültü Deneyinde “Garip Bir Metalin” Şaşırtıcı Sessizliği

Kuantum Gürültü Deneyinde “Garip Bir Metalin” Şaşırtıcı Sessizliği

– Advertisement –

Rice Üniversitesi'nin "garip metal" kuantum malzemesi üzerine çığır açan araştırması, geleneksel yarı parçacık teorisine meydan okuyan alışılmadık elektrik akışını ortaya koyuyor. Ayrıntılı atış sesi deneyleriyle yapılan bu keşif, garip metallerdeki yük hareketinin yeni bir anlayışını ortaya koyuyor ve kuantum malzemelerde daha geniş, evrensel bir olguya dair ipuçları veriyor.
Rice Üniversitesi’nin “garip metal” kuantum malzemesi üzerine çığır açan araştırması, geleneksel yarı parçacık teorisine meydan okuyan alışılmadık elektrik akışını ortaya koyuyor. Ayrıntılı atış sesi deneyleriyle yapılan bu keşif, garip metallerdeki yük hareketinin yeni bir anlayışını ortaya koyuyor ve kuantum malzemelerde daha geniş, evrensel bir olguya dair ipuçları veriyor.

Pirinç fizikçileri kuantum materyalinde egzotik yük taşınmasının kanıtlarını buluyorlar.

Rice Üniversitesi’ndeki son kuantum gürültü deneylerinde, “tuhaf metal” kuantum malzemesinin garip bir şekilde sessiz olduğu ortaya çıktı. 23 Kasım’da dergide yayınlandı “Atış gürültüsü” olarak bilinen kuantum yük dalgalanmalarının ölçümleri, elektriğin, kuasipartiküller olarak bilinen kuantize edilmiş yük paketleri açısından kolayca açıklanamayan, olağandışı sıvı benzeri bir formda garip metallerin içinden aktığına dair ilk doğrudan kanıtı sağlar.

Araştırmanın sorumlu yazarı Rice’tan Douglas Natelson, “Gürültü, sıradan kablolarla karşılaştırıldığında büyük ölçüde bastırılıyor” dedi. “Belki de bu, kuasipartiküllerin iyi tanımlanmış şeyler olmadığının veya orada olmadıklarının ve yük hareketlerinin daha karmaşık şekillerde olduğunun kanıtıdır. Yükün kolektif olarak nasıl hareket edebileceği hakkında konuşmak için doğru kelimeleri bulmamız gerekiyor.”

Kuantum Kritik Malzemeler Üzerinde Deneyler

Deneyler gerçekleştirildi nano ölçekli Viyana’da katı hal fizikçisi olan Silke Paschen tarafından son yirmi yılda derinlemesine incelenen, kesin 1-2-2 oranında iterbiyum, rodyum ve silikon (YbRh2Si2) içeren kuantum açısından kritik bir malzemeden yapılmış teller Teknoloji Üniversitesi (TU Wien). Malzeme, gümüş veya altın gibi normal metallerdekinden çok farklı, çok sıra dışı (“tuhaf”) sıcaklığa bağlı bir davranış üreten yüksek derecede kuantum dolaşıklığı içeriyor.

Bu tür normal metallerde, her yarı parçacık veya ayrık yük birimi, sayısız elektron arasındaki hesaplanamaz küçük etkileşimlerin ürünüdür. İlk kez 67 yıl önce ortaya atılan kuasipartikül, fizikçilerin kuantum mekaniği hesaplamaları amacıyla bu etkileşimlerin birleşik etkisini tek bir kuantum nesnesi olarak temsil etmek için kullandıkları bir kavramdır.

Kuantum Gürültü Deneyinde “Garip Bir Metalin” Şaşırtıcı Sessizliği
Rice Üniversitesi fizikçisi Doug Natelson

Teori ve Ampirik Kanıt

Önceki bazı teorik çalışmalar, garip bir metaldeki yükün bu tür yarı parçacıklar tarafından taşınmayabileceğini öne sürdü ve atış sesi deneyleri, Natelson, çalışmanın baş yazarı, Natelson laboratuvarında eski bir öğrenci olan Liyang Chen ve diğer Rice ve TU Wien ortak yazarlarına olanak sağladı. Fikri test etmek için ilk doğrudan ampirik kanıtları toplamak.

Natelson, “Atış gürültüsü ölçümü temel olarak yükün bir şeyden geçerken ne kadar ayrıntılı olduğunu görmenin bir yoludur” dedi. “Fikir şu ki, eğer bir akımı sürüyorsam, bu bir grup ayrık yük taşıyıcısından oluşur. Bunlar ortalama bir hızla ulaşıyor, ancak zaman içinde bazen birbirlerine daha yakın oluyorlar, bazen de birbirlerinden daha uzak oluyorlar.”

Kuantum Gürültü Deneyinde “Garip Bir Metalin” Şaşırtıcı Sessizliği
Fizikçiler Liyang Chen (solda) ve Doug Natelson. 

Teknik Zorluklar ve Atılımlar

Tekniğin YbRh2Si2 kristallerine uygulanması önemli teknik zorluklar ortaya çıkardı. Atış gürültüsü deneyleri tek makroskobik kristaller üzerinde gerçekleştirilemez; bunun yerine nanoskopik boyutlarda örnekler gerektirir. Bu nedenle, son derece ince ama yine de mükemmel kristalli filmlerin büyütülmesinin başarılması gerekiyordu; bu, Paschen, Maxwell Andrews ve TU Wien’deki işbirlikçilerinin neredeyse on yıllık sıkı çalışmanın ardından başardıkları bir şeydi. Daha sonra Chen’in, insan saçından yaklaşık 5.000 kat daha dar olan bu ince filmlerden teller oluştururken bu mükemmellik seviyesini korumanın bir yolunu bulması gerekiyordu.

Kuantum Gürültü Deneyinde “Garip Bir Metalin” Şaşırtıcı Sessizliği
Viyana Teknoloji Üniversitesi’nden fizikçiler Silke Paschen (solda) ve Rice Üniversitesi’nden Qimiao Si.

Teorik Perspektifler ve Geleceğe Yönelik Çıkarımlar

Rice’ın ortak yazarı, araştırmanın baş teorisyeni ve Harry C. ve Olga K. Wiess Fizik ve Astronomi Profesörü Qimiao Si, kendisinin, Natelson ve Paschen’in deney fikrini ilk kez Paschen’in Rice’ta misafir akademisyen olarak bulunduğu sırada tartıştığını söyledi. Si, sonuçların 2001 yılında yayınladığı ve Paschen ile neredeyse yirmi yıldır süren işbirliğinde araştırmaya devam ettiği kuantum kritikliği teorisiyle tutarlı olduğunu söyledi.

Grubunun yarı parçacık resmini dışlayan hesaplamalar yaptığı Si, “Düşük atış gürültüsü, yük akımı taşıyıcılarının, garip metalikliğin altında yatan kuantum kritikliğinin diğer ajanlarıyla nasıl birleştiğine dair yeni ve yeni bilgiler getirdi” dedi. “Bu kuantum kritikliği teorisinde, elektronlar lokalizasyonun eşiğine itilir ve yarı parçacıklar Fermi yüzeyinin her yerinde kaybolur.”

Natelson, daha büyük sorunun, garip metal davranışı sergileyen düzinelerce başka bileşiğin herhangi birinde veya hepsinde benzer davranışın ortaya çıkıp çıkmayacağı olduğunu söyledi.

Natelson, “Bazen doğanın size bir şeyler söylediğini hissediyorsunuz” dedi. “Bu ‘garip metaliklik’, mikroskobik temel fiziğin çok farklı olmasına rağmen birçok farklı fiziksel sistemde ortaya çıkıyor. Örneğin bakır oksit süper iletkenlerinde mikroskobik fizik, şu anda incelediğimiz ağır fermiyon sisteminden çok ama çok farklıdır. Hepsi tuhaf metallerin karakteristik özelliği olan bu doğrusal sıcaklık direncine sahip gibi görünüyor ve içlerindeki mikroskobik yapı taşlarından bağımsız genel bir şeyin olup olmadığını merak etmeniz gerekiyor.

Referans: Liyang Chen, Dale T. Lowder, Emine Bakali, Aaron Maxwell Andrews, Werner Schrenk, Monika Waas, Robert Svagera, Gaku Eguchi, Lukas Prochaska, Yiming Wang, Chandan Setty, Shouvik Sur, “Garip bir metalde atış gürültüsü”, Qimiao Si, Silke Paschen ve Douglas Natelson, 23 Kasım 2023.

Araştırma, Enerji Bakanlığı’nın Temel Enerji Bilimleri programı (DE-FG02-06ER46337), Ulusal Bilim Vakfı (1704264, 2220603), Avrupa Araştırma Konseyi (101055088), Avusturya Bilim Fonu (FWF I4047, FWF SFB F) tarafından desteklenmiştir. 86), Avusturya Araştırma Teşvik Ajansı (FFG 2156529, FFG 883941), Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 programı (824109-EMP), Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi (FA8665-22-1-7170), Welch Vakfı (C) -1411) ve Vannevar Bush Fakülte Bursu (ONR-VB-N00014-23-1-2870).

BENZER KONULAR

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Yüksek Verimli Güneş Pillerinin Sırlarını Ortaya Çıkarıyoruz

- Advertisement - Yapay zeka yöntemlerinin yardımıyla araştırmacılar, yüksek verimli perovskit güneş pillerinin üretim süreçlerini iyileştirmeye çalışıyor.  Yapay zeka teknikleri, bilim adamlarına yüksek verimli güneş pilleri...
- Advertisment -

Son Eklenenler

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Hücresel atık yönetimi ve yaşlanmada otofaji genlerinin yeni rolleri

Yaşla birlikte azalan otofaji, araştırmacıların daha önce şüphelendiğinden daha fazla gizemi barındırıyor olabilir. Buck Enstitüsü, Sanford Burnham Prebys ve Rutgers Üniversitesi'nden bilim adamlarının, yanlış...

Antibiyotik Direnci Araştırmalarında Oyunun Kurallarını Değiştirecek Bir Şey

Antibiyotiğe dirençli bakterilerle mücadeledeki potansiyeli nedeniyle incelenen bir bakteriyofaj olan φX174, alternatif antibiyotiklerin geliştirilmesine yönelik yeni bilgiler sunuyor. yaşında COVID-19kelime "virüs” bulaşma, hastalık ve hatta...