Vürzburqdan olan tədqiqatçılar müəyyən edilmiş metodu təkmilləşdirərək ilk dəfə kvant tornadosunu eksperimental olaraq nümayiş etdiriblər. Kvant yarımmetal tantal arsenidində (TaAs) impuls fəzasındakı elektronlar fırlanan burulğan kimi davranırlar. Bu kvant fenomeni ilk dəfə səkkiz il əvvəl Drezdendə yerləşən Mükəmməllik Klasterinin ct.qmat qurucu üzvü tərəfindən proqnozlaşdırılıb.

Vürzburq və Drezden Universitetlərinin tədqiqat şəbəkəsi olan ct.qmat və beynəlxalq tərəfdaşlar arasında birgə səy olan kəşf indi Physical Review X- də dərc olunub .

Elm adamları çoxdan bilirdilər ki, elektronlar kvant materiallarında burulğanlar yarada bilirlər. Yeni olan, bu kiçik hissəciklərin impuls kosmosunda tornadoya bənzər strukturlar yaratmasının sübutudur – bu, indi eksperimental olaraq təsdiqlənmiş bir tapıntıdır. Bu nailiyyət Vürzburq və Drezden Universitetlərində ct.qmat — Kvant Materiyasında Mürəkkəblik və Topologiya üzrə qrup rəhbəri olan Dr. Maximilian Ünzelmann rəhbərlik etmişdir.

Bu kvant fenomeninin nümayişi kvant materialları tədqiqatında böyük bir mərhələni qeyd edir. Komanda ümid edir ki, impuls məkanında elektronların burulğan kimi davranışı, potensial olaraq enerji itkilərini azaldaraq, elektrik yükünə etibar etmək əvəzinə elektron komponentlərdə məlumat ötürmək üçün elektronların orbital momentindən istifadə edən orbitronika kimi yeni kvant texnologiyalarına yol aça bilər.

Momentum fəzasına qarşı mövqe sahəsi

Momentum fəzası fizikada elektronların hərəkətini onların dəqiq fiziki mövqeyindən çox, enerji və istiqamət baxımından təsvir edən fundamental anlayışdır. Mövqe məkanı (onun “müqabili”) su burulğanları və ya qasırğalar kimi tanış hadisələrin baş verdiyi sahədir. İndiyə qədər materiallarda hətta kvant burulğanları yalnız mövqe məkanında müşahidə olunurdu.

Bir neçə il əvvəl, başqa bir ct.qmat tədqiqat qrupu kvant materialının mövqe fəzasında burulğan kimi maqnit sahəsinin ilk üçölçülü şəklini çəkərkən bütün dünyada dalğalar yaratdı .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1741692837&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-quantum-tornadoes-momentum-space-experimental.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMzLjAuNjk0My4xNDIiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KEE6QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQyIl1dLDBd&dt=1741692837061&bpp=1&bdt=371&idt=210&shv=r20250305&mjsv=m202503040101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741692770%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741692770%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1741692770%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=7016462822446&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2188&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31090875%2C95331833%2C95354315%2C95354325%2C95354338%2C95354597%2C31090803%2C31090357&oid=2&pvsid=3509362394313510&tmod=922817540&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=215

Nəzəriyyə təsdiqləndi

Səkkiz il əvvəl Roderich Moessner kvant tornadonun impuls fəzasında da yarana biləcəyini nəzəriyyə etdi. O zaman Drezdendə yaşayan ct.qmat həmtəsisçisi bu fenomeni “tüstü halqası” kimi təsvir etdi, çünki tüstü halqaları kimi burulğanlardan ibarətdir. Ancaq indiyə qədər heç kim onları necə ölçəcəyini bilmirdi.

Sıçrayışlı təcrübələr göstərdi ki, kvant burulğanı orbital bucaq impulsu – elektronların atom nüvələri ətrafında dairəvi hərəkəti nəticəsində yaranır. Ünzelman xatırlayır: “Biz proqnozlaşdırılan kvant burulğanlarının həqiqətən mövcud olduğuna və ölçülə bildiyinə dair əlamətləri ilk dəfə görəndə dərhal Drezdenli həmkarımızla əlaqə saxladıq və birgə layihəyə başladıq”.

Kvant tornado standart metodun təkmilləşdirilməsi ilə aşkar edilmişdir

Impuls məkanında kvant tornadosunu aşkar etmək üçün Würzburg komandası ARPES (bucaqla həll olunan fotoemissiya spektroskopiyası) adlı məşhur texnikanı təkmilləşdirdi. “ARPES eksperimental bərk cisim fizikasında əsas vasitədir. O, material nümunəsinə işıq saçmaqdan, elektronları çıxarmaqdan, onların enerjisini və çıxış bucağını ölçməkdən ibarətdir.

Ünzelmann belə izah edir: “Bu, bizə bir materialın sürət məkanında elektron quruluşuna birbaşa nəzər salmağa imkan verir”. “Bu metodu ağıllı şəkildə uyğunlaşdırmaqla biz orbital bucaq momentumunu ölçə bildik. Dissertasiyamdan bəri bu yanaşma ilə işləyirəm”.

ARPES ilk dəfə Albert Eynşteyn tərəfindən təsvir edilən və orta məktəb fizikasında tədris edilən fotoelektrik effektə əsaslanır. Ünzelmann artıq 2021-ci ildə metodu təkmilləşdirərək tantal arsenidində orbital monopolları aşkar etmək üçün beynəlxalq tanınma qazanmışdı. İndi, kvant tomoqrafiyasının bir formasını birləşdirərək, komanda kvant tornadosunu aşkar etmək üçün texnikanı bir addım daha atdı – başqa bir mühüm mərhələ.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

“Biz tibbi tomoqrafiyanın necə işlədiyi kimi nümunəni təbəqə-lay təhlil etdik. Ayrı-ayrı şəkilləri birləşdirərək, orbital bucaq momentumunun üçölçülü strukturunu yenidən qura bildik və elektronların impuls fəzasında burulğanlar əmələ gətirdiyini təsdiqlədik”, – Ünzelmann izah edir.

“Kvant tornadosunun eksperimental aşkarlanması ct.qmat-ın komanda ruhunun sübutudur” dedi TU Drezdendəki Nəzəri Bərk Cisim Fizikası professoru və ct.qmat-ın Drezden sözçüsü Matthias Vojta. “Vürzburq və Drezdendəki güclü fizika mərkəzlərimizlə biz nəzəriyyə və təcrübəni mükəmməl birləşdiririk.

“Əlavə olaraq, bizim şəbəkəmiz aparıcı ekspertlər və erkən karyera alimləri arasında komanda işini təşviq edir – bu, topoloji kvant materialları üzrə tədqiqatlarımızı gücləndirən yanaşmadır . Və əlbəttə ki, bu gün demək olar ki, hər bir fizika layihəsi qlobal səydir – bu da daxildir.”

Tantal arsenid nümunəsi ABŞ-da yetişdirilmiş və Hamburqdakı Alman Elektron Sinxrotronunda (DESY) əsas beynəlxalq tədqiqat müəssisəsi olan PETRA III-də təhlil edilmişdir. Nəzəri modelləşdirməyə Çindən olan bir alim, təcrübələrdə isə Norveçdən olan bir tədqiqatçı əsas rol oynadı.

İrəliyə baxaraq, ct.qmat komandası tantal arsenidinin orbital kvant komponentlərinin hazırlanması üçün gələcəkdə istifadə oluna biləcəyini araşdırır.

Ətraflı məlumat: T. Figgemeier və digərləri, Üçölçülü Momentum Məkanında Orbital Vorteks Xətlərinin Görünüşü, Fiziki Baxış X (2025). DOI: 10.1103/PhysRevX.15.011032

Jurnal məlumatı: Physical Review X 

Würzburg-Dresdner Exzellenzcluster ct.qmat tərəfindən təmin edilmişdir