Bir Elektronun Geometrisi İlk Kez Belirlendi

University of Basel fizikçileri, yapay bir atomun içinde tek bir elektronun nasıl göründüğünü ve geometrisini göstermeyi başardı. Yeni geliştirdikleri metot ile elektronun herhangi bir konumda bulunma..
Görsel Telif: © metamorworks

University of Basel fizikçileri, yapay bir atomun içinde tek bir elektronun nasıl göründüğünü ve geometrisini göstermeyi başardı. Yeni geliştirdikleri metot ile elektronun herhangi bir konumda bulunma ihtimalini tespit edebilen araştırmacılar, gelecek kuantum bilgisayarlarda birer bilgi birimi olacak elektron spinlerini de kontrol etmeyi başarmış oluyor.

Araştırmada yürütülen deneylerin detayları ve sonuçları Physical Review Letters‘da yayımlanırken, geliştirilen teori Physical Review B‘de yayımladı.

Bir elektronun spini, kuantum bilgisaylarlarda en küçük bilgi birimi olan kübit olmak için en uygun ve olası aday olarak görülüyor. Şimdiye kadarki araştırmalarda ve uygulamalarda bu yönde oldukça umut verici gelişmeler kaydedildi. Bir elektronun spinini kontrol etmek ve istenilen yönde değiştirmek dünya genelinde çok fazla fizikçi ve farklı disiplinlerden bilim insanlarının çalıştığı oldukça zorlayıcı katmanları ve engelleri bulunan bir araştırma alanı konumunda.

Tek bir spinin stabilitesi ve farklı spinlerin dolaşıklığı birçok unsurun yanı sıra bir elektronun geometrisine de büyük ölçüde bağlıdır, ki şimdiye kadar bir elektronun geometrisinin deneysel olarak belirlenmesi de imkansız görülüyordu.

University of Basel Fizik Bölümü’nden Prof. Dominik Zumbühl ve aynı üniversitenin bünyesindeki Swiss Nanoscience Institute’ten Prof. Daniel Loss öncülüğündeki iki ayrı araştırma ekibinin araştırmaları sonucu bir metot ve teori geliştirilerek uzamsal olarak elektronun kuantum noktalarda muhtemel geometrisi başarı ile tespit edildi.

Bir kuantum nokta, teorik olarak doğal bir atomdan bin kat daha büyük ve serbest elektronları sınırlandıran tuzak benzeri bir alandır. Bu bağlamda bakıldığında uygulamada tuzağa düşen elektronlar atoma bağlı olan elektronlar gibi davranır ve bu nedenle kuantum noktalar ‘yapay atom’lar olarak tanımlanır.

Elektron bir kuantum noktada elektrik alanı ile tutulabilmektedir. Ne var ki, bu alan içinde hareket eden elektronlar dalga fonksiyonlarına karşılık gelen ihtimaller ile belirli lokasyonlarda sınırlanmış şekilde kalırlar.

Spektroskobik ölçümlerden faydalanılarak kuantum noktalardaki enerji seviyelerini ölçen ve bıı seviyelerin manyetik alandaki değişimine göre davranışlarını çalışan  araştırmacılar teorik modelde bir elektronun bulunabileceği alanın (veya muhtemel lokasyonların yoğunluğunu) ihtimalini hesaplayarak nanometre altındaki ölçeklerde tahmin etmeyi başardı.

Bu metot içinde değişen yön ve şiddetteki manyetik alanlar sayesinde ilk kez araştırmacılar bir elektronun nasıl görünüyor olabileceğini de gösterdi. Japonya, Slovakya ve Birleşmiş Milletler’deki araştırmacılar ile yakın temasta yürüyen çalışmada elektronların geometrisi ile spinleri arasındaki bağıntının da daha iyi anlaşılması sağlandı.

Kuantum noktada hapsedilmiş bir elektron. Yarı iletken yonga plakası içindeki iki boyutlu gazda oluşturulan sistemde elektronlar alan içinde dalga fonksiyonlarına göre değişen ihtimallerde hareket halinde. Elektrik alanın değiştirilmesi ve kontrol edilmesi ile bu dalga fonksiyonların geometrisi değiştirilebiliyor ve bu sayede elektronun daha önceki olası konumları tahmin edilerek model üzerinde bir elektronun spini ve geometrisi büyük başarı ile tahmin edilebiliyor. (Telif: University of Basel, Departement of Physics)

Elektron spininin istendiği kadar sabit tutulup, daha sonra kontrol altında istendiği zaman değiştirilmesi ile kübit ‘bilgi birimi’ olarak kullanılabileceğini de biliyoruz.

Bir elektronun uzamsal oryantasyonundan, bir dizi spinin dolaşıklığında rol oynar. İki atomun bir molekül oluşturmak için birbirlerine bağlanmasına benzer şekilde, iki elektronun dalga fonksiyonları da -başarılı bir dolaşıklık durumu için- aynı ve tek bir düzlemde olmalıdır.

Araştırmacılar sadece bir elektronun şekil ve oryantasyonunu değil aynı zamanda dalga fonksiyonunu da haritalayıp kontrol edebildiklerini açıklıyor. Üstelik bu sadece elektrik alanın konfigürasyonu ile yapılabiliyor.

Geliştirilen metot yardımı ile spin kübitlerinin daha yüksek verimlilik ve başarı ile optimizasyonu gerçekleşebilecek ve yakın gelecekteki kuantum bilgisayarlarda -daha önceki çalışmaların da verilerinin yardımı ile- bu çalışmaların da daha iyi anlaşılmasını sağlayarak kullanılabilecek.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv