Bianca Scolaro, LSU Elm Kolleci tərəfindən

Swati Mestri tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Yeni Təbiət tədqiqatı gündəlik şəraitdə işləyən gələcək kvant materiallarının mühəndisliyi üçün bir plan hazırlayır. Mənbə: LSU Quantum Photonics Group.

Kvant materialları güclü kompüterlərdən və ultratəhlükəsiz rabitədən tutmuş qabaqcıl enerji sistemlərinə qədər müxtəlif texnologiyalara təsir göstərə bilər. Lakin həmişə bir əsas maneə olub.

Demək olar ki, bütün məlum kvant materialları yalnız mütləq sıfıra yaxın temperatura qədər soyudulduqda əlamətdar xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir. Otaq temperaturunda istilik, elm adamlarının istifadə etməyə çalışdıqları incə kvant davranışını alt-üst edən sabit atom titrəmələri yaradır. Bu titrəmələri nəzarətdə saxlamaq üçün böyük kriogen soyuducu sistemlər tələb olunur ki, bu da kvant materiallarını laboratoriyada güclü alətlərə çevirir, lakin praktik texnologiyalara çevirmək çətindir.

Nature jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada , LSU fizikləri, kvant materialları tədqiqatındakı ən böyük çətinliklərdən birini aradan qaldıraraq, müxtəlif kvant işığın vəziyyətlərini ayırd edə və daşıya bilən ilk otaq temperaturlu kvant materialı hazırlayıblar. Fizika üzrə dosent Omar S. Maqaña-Loaizanın rəhbərliyi ilə aparılan iş, kvant hesablamaları, təhlükəsiz rabitə, sensor texnologiyaları və qabaqcıl enerji sistemləri üçün yeni imkanlar açaraq tamamilə yeni bir kvant materialı sinfinin mühəndisliyi üçün ümumi dizayn prinsipini müəyyən edir.

Keçmişdə doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı, hazırda Çin Elektron Elm və Texnologiya Universitetində professor olan Çenqlonq Yu üçün ən təltifedici anlar komandanın qeyri-ənənəvi yanaşmasının nəzəriyyənin proqnozlaşdırdığı kimi işlədiyi zaman baş verdi.

“Bu layihənin ən həyəcanverici hissələrindən biri təbiətin öz-özünə təmin etmədiyi bir şeyi edə bilən bir material yarada biləcəyimizi anlamaq idi. Onun tam olaraq proqnozlaşdırdığımız kimi işlədiyini görmək inanılmaz dərəcədə faydalı idi”, – deyə You bildirib.Bu lazer əsaslı optik qurğudan istifadə edərək, komanda kvant plazmonik metakristalını tamamilə otaq temperaturunda sınaqdan keçirdi və kvant materialları tədqiqatındakı ən böyük maneələrdən birini – kvant davranışını qorumaq üçün böyük kriogen soyuducuya ehtiyacı aradan qaldırdı. Müəllif: Olivia Crowell.

Sıfırdan kvant materialının qurulması

Komanda, lazımi kvant xüsusiyyətlərinə malik təbii bir material axtarmaq əvəzinə, birini dizayn edib qurdu.

Bunu yaratmaq üçün tədqiqatçılar şüşə çipinin üzərinə nazik bir qızıl təbəqəsi yerləşdirdilər. Fokuslanmış ion şüalarından istifadə edərək, qızılda yüzlərlə mikroskopik yarıq oydular və hər biri süni atom və ya meta-atom kimi hərəkət etdi. Birlikdə bu meta-atomlar insan saçının enindən daha nazik olan təbii qarşılığı olmayan bir kristal əmələ gətirir.

İşıq çipə daxil olduqda, qızıl səthindən keçir və bu meta-atomlarla qarşılıqlı təsir göstərir. Komanda, onların ölçüsünü, formasını və məsafəsini diqqətlə idarə etməklə, işığı otaq temperaturunda heç vaxt əldə edilməyən şəkildə idarə etmək üçün material hazırladı.

“Plazmonik metakristalda meta-atomların paylanmasını mühəndisliklə təmin etməklə, hansı kvant statistikasının strukturdan keçməsinə icazə verildiyini sistematik şəkildə diktə edə bilərik. Beləliklə, kristalımız əsasən kvant vəziyyətləri üzrə statistik filtr rolunu oynayır”, – bu yaxınlarda doktorluq dərəcəsini alan və hazırda Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutuna (NIST) NRC Doktoranturadan sonrakı Tədqiqat Assosiasiyasında işə başlayan Riley B. Dokinz bildirib.

Orijinal ideyadan son təcrübəyə qədər, layihənin hər mərhələsi — nəzəriyyə və material dizaynından nanosifarksiyaya və eksperimental təsdiqlənməyə qədər — LSU-dakı Magaña-Loaiza Kvant Fotonika Qrupu daxilində həyata keçirildi.

Lakin bu irəliləyiş yeni bir material yaratmaqdan daha genişdir. Bu, həmin materialın mümkün etdiyi şeydir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Kvant vəziyyətlərini ayırd etmək

Bütün işıq eyni şəkildə hərəkət etmir.

Günəş işığı, lazer işığı və flüoresan işıq hamısında fotonlar var, lakin bu fotonlar fərqli şəkildə dalğalanır və qarşılıqlı təsir göstərir. Bu incə fərqlər işığın kvant səviyyəsində necə davrandığını müəyyən etsə də, onları müəyyən etmək ənənəvi olaraq mürəkkəb alətlər, kriogen detektorlar və milyonlarla ölçmə tələb edir.

Komandanın metakristal sistemi bunu avtomatik olaraq edir. Yalnız işıq dalğasının rənginə və ya intensivliyinə cavab vermək əvəzinə, daxil olan işıq arasındakı incə kvant fərqlərini ayırd edir və hər bir kvant vəziyyətini kristaldan fərqli bir yol boyunca istiqamətləndirir.

Eyni dərəcədə əhəmiyyətlisi odur ki, bu yollar müəyyən kvant vəziyyətlərinin statistikalarında – hər bir kvant vəziyyətini təyin edən unikal xüsusiyyətlərdə – daha az dəyişikliklə material vasitəsilə yayılmasına imkan verir.

Maqana-Loaiza dedi: “Biz buna möhkəm nəqliyyat deyirik. Bu kvant halları məlumat daşıyır. Kristalımız onları ayırd edə və kriogen soyutma tələb etmədən möhkəm bir şəkildə bir nöqtədən digərinə hərəkət etdirə bilər. Məhz bu, praktik kvant texnologiyalarına qapı açır.”

Fiziklər bu kollektiv davranışı kvant koherentliyi kimi təsvir edirlər və onu qorumaq kvant informasiya elmində əsas çətinliklərdən biridir. Tədqiqatçılar “Nature” jurnalında dərc olunmuş məqalədə metakristallarını çoxcisimli sistemlərin kvant koherentliyinə həssas olan ilk otaq temperaturlu kvant materialı kimi təsvir edirlər.

Kvant materiallarının yeni bir sinfi

Bu irəliləyiş mövcud materiallardan o qədər kökündən fərqlənirdi ki, tədqiqatçılar onun üçün yeni bir ad icad etməli oldular: kvant statistik plazmonik metakristal.

Maqana-Loaizanın qrupunun aspirantı Jannatul Ferdous dedi: “Mənim üçün bu, sadəcə bir layihə deyildi – bu, kvant texnologiyasında tamamilə yeni bir şey yaratmaq ideyası ətrafında qurulmuş kollektiv bir səy idi. Bunu həqiqətən həyəcanlandıran şey, biz yalnız otaq temperaturunda kvant materialının yeni bir sinfini yaratmaqla yanaşı, həm də onun davranışını anlamaq və idarə etmək üçün nəzəriyyəni inkişaf etdirməyimiz idi. Bu ideyanın eksperimental reallığa çevrilməsini görmək inanılmaz dərəcədə faydalı idi.”

Tədqiqatçılar həmçinin metakristalın təbii olaraq kvant statistik zolaqları adlandırdıqları şeyi, yarımkeçiricilərin elektrik cərəyanını necə keçirdiyini müəyyən edən elektron zolaq strukturlarına bənzər şəkildə əmələ gətirdiyini aşkar etdilər.

Meta-atomların düzülüşünü mühəndisliklə müəyyən etməklə, hansı kvant vəziyyətlərinin materialdan dəyişmədən keçməsinə icazə verildiyini və hansılarının proses tərəfindən statistik olaraq dəyişdirildiyini müəyyən edə bilərlər. Alimlər artıq arzuolunan xüsusiyyətlərə malik təbii materiallara etibar etmək əvəzinə, kvant vəziyyətlərini proqnozlaşdırıla bilən şəkildə istiqamətləndirən materialları qəsdən dizayn edə bilərlər.

Başqa sözlə, bu tədqiqat yalnız bu deyil, gələcək kvant materiallarının yaradılması üçün bir plan təqdim edir.

Kvant kompüterlərindən daha təmiz enerjiyə

Material otaq temperaturunda işlədiyindən, potensial tətbiqləri fundamental fizikadan daha genişdir.

Gələcək kvant kompüterləri, həcmli kriogen soyuducu sistemlərinə etibar etmədən həssas kvant məlumatlarını ötürmək üçün oxşar materiallardan istifadə edə bilər. Eyni prinsiplər daha praktik kvant rabitə şəbəkələrinə, ultrahəssas sensorlara və digər inkişaf etməkdə olan kvant texnologiyalarına da imkan verə bilər.

İşığın materialdan daha az itki ilə keçməsini təmin etmək qabiliyyəti bərpa olunan enerjiyə də fayda verə bilər.

Müasir günəş batareyalarında daxil olan günəş işığının bir hissəsi materialın içərisində qalır və nəticədə elektrik enerjisinə deyil, istiliyə çevrilir və bu da toplana bilən enerji miqdarını azaldır. İşığı daha möhkəm yollarla istiqamətləndirməklə metakristal, bu enerjinin daha çox hissəsinin itirilmək əvəzinə materialdan keçməsini təmin edə bilər.

Magaña-Loaiza növbəti dəfə məhz bunu sınamağı planlaşdırır.

Komandanın növbəti addımı metakristalın günəş batareyalarına inteqrasiyası və istifadəyə yararlı elektrik enerjisinə çevrilən günəş işığının miqdarını artıra biləcəyini araşdırmaqdır. Əgər uğurlu olarsa, iş fundamental kvant fizikasına əsaslanan bir kəşfin növbəti nəsil günəş enerjisi texnologiyalarını necə birbaşa təkmilləşdirə biləcəyini nümayiş etdirəcək.

Nəşr detalları

Omar Magaña-Loaiza, Kvant statistik plazmonik metakristallar, Təbiət (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10782-3 , www.nature.com/articles/s41586-026-10782-3

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Əsas anlayışlar

Kvant rabitəsi, protokollar və texnologiyaKvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlarKristal sistemlərOptik materiallar və elementlərKvant çoxcisimli sistemlər

LSU Elm Kolleci tərəfindən təmin edilir