Caltech Kuantum Bilgi ve Madde Enstitüsü’ndeki fizikçiler, ilk 3 boyutlu kuantum sıvı kristalini keşfettiler. Bu kristaller, kuantum bilgi işleme alanında uygulama alanı bulması beklenilen, maddenin yeni bir hali ve araştırmacılar bu keşfin, “buzdağının görünen kısmı” olduğuna inanıyor. Standart sıvı kristali molekülleri, sanki sıvıymışçasına serbestçe hareket edebilirler, fakat bir katı gibi doğrultuları yöneltilebilir. Sıvı kristaller, elektronik cihaz ekranlarında bulunanlar gibi yapay olarak üretilebilir veya biyolojik hücre zarlarındakiler gibi doğada bulunabilir.

Kuantum sıvı kristalleri ilk defa 1999’da keşfedildi. Kuantum sıvı kristali molekülleri, sıradan sıvı kristalleri gibi davranır, fakat bu moleküllerdeki elektronlar kendilerini belirli eksenler boyunca yönlendirmeyi tercih ediyor. Üç boyutlu kuantum sıvı kristallerindeki elektronlar, kristallerin aktığı eksenin yönüne bağlı olarak, farklı manyetik özellik sergileyebiliyor. Daha açık bir ifadeyle, bu malzemelere elektrik vermek, malzemelerin mıknatıslara dönüşmesine veya manyetik kuvvetlerinin gücünün veya yöneliminin değişmesine neden oluyor.

Araştırma ekibi, üç boyutlu kuantum sıvı kristallerinin, bilgisayar geliştiricilerinin elektronların spin doğrultusundan faydalanmasını sağlayarak, daha verimli bilgisayar yongaları tasarlama ve üretme alanında ilerlemelere neden olacağını düşünüyor. Üç boyutlu kuantum sıvı kristallerinin keşfi, parçacıkların kuantum doğası sayesinde çok daha yüksek hızlarda kodları çözebilecek ve diğer hesaplamaları yapabilecek olmasıyla, kuantum bilgisayarların geliştirilmesine giden yolda bizi ileriye taşıyabilir.

Bir kuantum bilgisayarı üretmek oldukça zorlayıcıdır, çünkü kuantum etkileri geçici ve narindir. Bu etkiler, parçacıkların çevredeki nesnelerle etkileşiminden dolayı kolaylıkla değiştirilebilir veya yok edilebilir.

Bu sorun, topolojik süperiletken adı verilen özel bir materyal gerektiren yöntemle çözülebilir. Üç boyutlu kuantum sıvı kristallerinin devreye girdiği nokta da tam burası.

Caltech’de yardımcı doçent olan, fizikçi David Hsieh, iki boyutlu kuantum sıvı kristallerinin, yüksek sıcaklıklarda çalışan süperiletkenlerin öncüsü olarak öne sürüldüğü gibi; üç boyutlu kuantum sıvı kristalleri de, araştırmakta olduğumuz topolojik süperiletkenlerin öncüleri olabileceğinden bahsediyor.

Nisan 2017`de Science dergisinde yayımlanan araştırmanın başyazarı John Harter, “Topolojik süperiletkenleri beklenmedik bir zamanda bulma şansımıza güvenmek yerine, bu materyalleri, üç boyutlu kuantum sıvı kristallerini kullanarak üretme yolunda rotamızı değiştirebiliriz. Bu da, ajandamızda yer alan bir sonraki planımız” diyor.

---

Kaynak: Scientists Have Discovered a New Quantum State of Matter < http://www.sciencealert.com/scientists-have-discovered-a-new-quantum-state-of-matter >

Referans: A parity-breaking electronic nematic phase transition in the spin-orbit coupled metal Cd2Re2O7 < http://science.sciencemag.org/content/356/6335/295 > DOI: 10.1126/science.aad1188

---