X. Földtudományok Osztálya

„Szétporladó” elektronokat, új, meglepő tulajdonságú állapotokat hoztak létre lendületes kutatók

A nanotechnológia és a kvantumfizika területén jelenthet lényeges előrelépést az a felfedezés, amelyet az MTA-BME Egzotikus Kvantumfázisok Lendület Kutatócsoport kutatói a Stanford Egyetemen dolgozó David Goldhaber-Gordon teamjével közösen publikáltak a Nature folyóiratban: nanoáramkörök segítségével létrehoztak és részletesen megfigyeltek egy úgynevezett kvantumkritikus állapotot, amelyben az elektronok elveszítik megszokott tulajdonságukat és „szétporladnak”.

2015. december 16. Gilicze Bálint

„A nanotechnológia és a félvezető-technológia gyors fejlődésének köszönhetően vált lehetővé kvantumrendszerek, mesterséges atomok és kvantumbitek tervezése, létrehozása, majd tulajdonságaik, környezetükkel történő kölcsönhatásaik részletes vizsgálata. Ezek a rendszerek lehetőséget kínálnak a kvantummechanika alapvető kérdéseinek tanulmányozására, új, meglepő tulajdonságú állapotok létrehozására‟ – mondta az mta.hu-nak Zaránd Gergely, az MTA doktora, az MTA-BME Egzotikus Kvantumfázisok Lendület Kutatócsoport vezetője, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Fizikai Intézetének igazgatója.

A Stanford Egyetemen működő kísérleti csoport a BME kutatóival – Pascu Moca Catalinnal és Zaránd Gergellyel – együttműködve egy mikroszkopikus áramkörben, kontrolláltan létrehozott kvantum-fázisátalakulást tanulmányozott.


A kutatók apró, mesterséges atomot, úgynevezett „kvantumpöttyöt" hoztak létre, amelyet elektródákhoz csatlakoztattak. A mesterséges atomba egyetlen elektront zártak, amelynek mágneses momentuma kölcsönhatásba lépett az elektródákon lévő elektronokkal. Az MTA-BME Egzotikus Kvantumfázisok Lendület Kutatócsoport számításai alapján „hangolva" az áramkört a kutatóknak sikerült egy olyan állapotot létrehozniuk, amelyben a mesterséges atom „szétporlaszt" minden rajta áthaladó elektront. Az áramkört „hangolva" a kutatók részletesen megfigyelték, hogy elméleti számításaikkal teljes összhangban miként épül fel ez a furcsa kvantumállapot, amelyben a fém elektronjai elvesztik szokásos tulajdonságukat.

„Az együttműködésben elért eredmény fontos mérföldkő lehet mind a kvantumkritikus rendszerek fizikájában, mind pedig a nanotechnológiai alkalmazásokban. A kvantumkritikus rendszerek fizikájában azért van jelentősége, mert a kontrolláltan létrehozott kvantumáramkör segítségével nagyfokú részletességgel tanulmányozhatjuk, hogy miként történik ez a kvantummechanikai átalakulás" – magyarázta Zaránd Gergely.

A fizikus a lehetséges nanotechnológiai alkalmazások kapcsán úgy fogalmazott, hogy ezt a parányi áramkört egyfajta kvantumszimulátorként is fel lehet fogni.

Richard Feynman (1918-1988) Nobel-díjas amerikai elméleti fizikust idézve elmondta, hogy kvantumszimulátorok révén olyan problémák megoldása válhat lehetővé, amelyek megoldása a hagyományos komputerek számára lehetetlen feladat.

„Számítógéppel számos kvantummechanikai problémát rendkívül nehéz megoldani, ellenben fel lehet építeni olyan atomi rendszereket, amelyek szimulálják az eredeti problémát. Kvantumszimuláció során tehát nem jelenségek leírására alkalmazunk egy modellt, hanem fordítva, a modellt »szimuláljuk«, tulajdonságait egy precízen kontrollált kísérleti rendszerben vizsgáljuk, és így a kísérleti rendszert olyan problémák megoldására alkalmazzuk, amelyeket matematikailag képtelenek vagyunk megoldani" – magyarázta Zaránd Gergely.

A Nature-ben megjelent publikáció ide kattintva olvasható.