Olyan anyagban fedezték fel az amerikai Rice Egyetem tudósai az anyag új kvantumállapotát, amiről korábban lehetetlennek gondolták ezt. A felfedezés miatt valószínűleg újra kell gondolni azokat a feltételeket, amelyek az elektronok viselkedését szabályozzák bizonyos anyagokban.
A Science Alert beszámolója szerint a felfedezés hozzájárulhat a kvantum-számítástechnika fejlődéséhez, javíthatja az elektronikus hatékonyságot, valamint fejlesztheti az érzékelést és a képalkotást is.
A topológiai félfémes fázisként emlegetett állapot alacsony hőmérsékleten jelenik meg egy cériumból, ruténiumból és ónból (CeRu4Sn6) álló anyagban. Rendkívül alacsony hőmésrékleten ez az anyag eléri a kvantumkritikus állapotot, vagyis azt a pontot, ahol az anyag fázisváltozások között billeg. Ekkor az úgynevezett kvantumfluktuációk dominálnak, ami az anyagot gyakorlatilag hullámokká változtatja a részecskék összessége helyett.
A fizikában a topológia az anyagszerkezetek geometriáját jelenti. Az egyes topológiai állapotok védhetik a részecskék tulajdonságait. A topológiai állapotok megértéséhez általában a tulajdonságokat részecskeszerű térképekké kell összeilleszteni. A szakemberek úgy vélik, hogy ilyesmi nem lehetséges egy kvantumkritikus állapotban lévő anyaggal.
https://hvg.hu/360/20250726_hvg-eu-kvantumszamitogep-fotonokus-komputer
A Nature Physics című tudományos lapban megjelent tanulmány igazi újdonsága abban rejlik, hogy a kvantumkritikusság olyan állapotokat hozhat létre, amelyeket a részecskék közötti kölcsönhatások határoznak meg. Ilyen lehet például az elektronok diszkrét töltéshordozóként való viselkedése. Si Qimiao, az egyetem fizikusa szerint az eredmények azt mutatják, hogy ha az erőteljes kvantumhatások kombinálódnak, az valami teljesen újat hozhat létre, ami segíthet a kvantumtudomány fejlődését.
A kutatók úgy vélik, a most megtalált állapot segítségével olyan anyagosztályokat lehet majd létrehozni, amelyek nemcsak nagy érzékenységgel adnak kvantumválaszokat, de megbízhatóan stabilak is.
Amikor a kutatók a CeRu4Sn6-ot az abszolút nulla fok közelébe hűtötték, majd elektromos töltést alkalmaztak, az anyagon keresztül áramot szállító elektronokban a Hall-effektusként ismert jelenséget figyelték meg: az áram lényegében oldalirányban hajlott meg.
A kutatók szerint ez a topológiai hatások egyértelmű jele volt. A Hall-effektushoz általában mágneses mezőre van szükség – ez téríti el az elektronokat –, de ebben az esetben nem volt jelen mágneses mező. Ehelyett az áram útját az anyagban rejlő ismeretlen tulajdonság alakította. Ekkor jöttek rá a kutatók arra, hogy a jelenleg ismert nézeteket – miszerint ilyen tulajdonsága nem lehet egy anyagnak – felül kell vizsgálni.
A jövőben alaposabban is tanulmányozni akarják ezt a viselkedést, hogy pontosabb képet kapjanak arról, miként lehet majd kiaknázni az abban rejlő lehetőségeket.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
