Amsterdam merkezli Atoom-en Molecuulfysica Enstitüsü (AMOLF) liderliğindeki bir ekip, şunları yapabilen bir meta malzeme icat etti: katı cisimlerde meydana gelen mekanik titreşimler (ses dalgaları) yönlendirilebilir. Ayrıca sentetik malzeme bu tür ses dalgalarını önemli ölçüde güçlendiriyor ve bu da sensör teknolojisinin ve bilgi işlemenin gelişimini etkileyebiliyor.
Duyuru
Buluşun tarihi ve altta yatan fenomenin keşfi birkaç yıl öncesine dayanmaktadır. AMOLF'tan Ewold Verhagen liderliğindeki ekip, manyetik alan tabanlı elektron manipülasyon tekniklerini model olarak aldı ve ses dalgaları için benzer yöntemler aradı. Ancak elektronlar söz konusu olduğunda bu kolaydır: negatif yüklüdürler ve manyetik alanlarla etkileşime girerler, böylece örneğin katot ışın tüplerinde yönlerini etkileyebilirsiniz. Diğer çeşitli olaylar, akımı kenarlarda mükemmel bir şekilde ileten ancak içeriden iletmeyen topolojik yalıtkanlar gibi elektromanyetik özelliklerine dayanır. Ayrıca manyetik alandaki elektronlar geldikleri yönün tersi yönde aynı yolu izleyemezler. Bununla birlikte, birçok uygulama için, titreşimlerin ve ses dalgalarının, manyetik alanlar kullanılarak, elektron ışınlarına benzer şekilde manipüle edilebilmesi çok yararlı olacaktır. Uzun süre bu işe yaramadı çünkü elektronlar yüklü parçacıklardı, ses dalgaları ise elektriksel ve manyetik açıdan nötrdü.
Verhagen'in ekibi kapıyı açtı ve lazer ışığıyla sesin yönünü kontrol etmeye başladı. Lazerin radyasyon basıncı, titreşen silikon nanosicimlerden oluşan bir ağa yönlendirilen ses dalgaları üretir. Javier del Pino, Jesse J. Slim ve Ewold Verhagen bunu 2022 gibi erken bir tarihte keşfettiler ve bunu şimdiye kadar bilinmeyen özelliklere sahip yeni sentetik malzemelerin keşfi için bir temel olarak kullanmayı umuyorlardı.
Lazer ışığı ile sesin yönü kontrol edilebilmektedir. Lazerin radyasyon basıncı, titreşen silikon nanosicimlerden oluşan bir ağa yönlendirilen ses dalgaları üretir.
(Resim: AMOLF)
Kuantum saçmalık
Bu, Kitaev zincirinin türetilmesiyle başarıldı. Bu, süper iletken bir malzemedeki (örneğin, daha önce yalnızca varsayımsal hataya dayanıklı kuantum bilgisayarlar için Majorana sıfır modu) temel parçacıkların belirli durumlarını (elektron olarak fermiyonlar, yarı tamsayı spin) tanımlayan kuantum fiziğinin teorik bir modelidir. Alexei Kitaev bu modeli milenyumun başında Microsoft'ta çalışırken geliştirdi. Model, elektrik yüklü parçacıklara atıfta bulunuyor ancak Verhagen ve ekibi, matematiksel konseptin, ışık veya sesin titreştiği sentetik bir malzemeyle de uygulanabileceğini öne sürdü. Bunun tamamen yeni malzeme davranışına yol açacağını umuyorlardı.
Işık ve ses, bozonlara (temel parçacıklar/tamsayı spinli yarı parçacıklar) ait olan fotonlardan veya fononlardan oluştuğundan, böyle bir malzeme fermiyonik zincir değil, Kitaev bozoniği oluşturur. Bu, birleştirilmiş rezonatörlerden oluşur. Rezonatörler malzemenin “atomlarına” karşılık gelir ve kolektif davranışları bağlantı türüne bağlıdır.
Yakından bakarsanız, bunların nanomekanik rezonatörler olduğunu, tırtıklı kenarları olan, titreşen küçük silikon dizileri olduklarını görürsünüz. Yazarlar, üretimi 2022 makalesinde açıklıyorlar (Hermitsel olmayan kiral fononik, optomekanik olarak sıkma yoluyla, Doğa). Ancak teller mekanik olarak örneğin yaylar aracılığıyla değil, lazerin radyasyon basıncı yoluyla optik olarak bağlanır. 2024 araştırmasının başyazarı Jesse Slim şunları söylüyor: “Lazerin yoğunluğunu dikkatli bir şekilde değiştirerek, beş rezonatörü birbirine bağlamayı başardık ve böylece Kitaev bozonik zincirini oluşturduk.”
Titreşim dalgaları için tersinir tek yönlü yol
Verhagen, “Optik bağlantı matematiksel olarak Kitaev fermiyonik zincirinin süper iletken bağlantılarına benzer” diyor. “Ancak yüksüz bozonlar süper iletken değildir; optik bağlantı bunun yerine nanomekanik titreşimleri güçlendirir. Sonuç olarak, titreşimler bir uçtan diğer uca katlanarak artar. İlginç bir şekilde titreşimlerin ters yönde iletilmesi engelleniyor.”
Verhagen şunları ekliyor: “Ve daha da büyüleyici olanı: Eğer dalga biraz gecikirse – çeyrek periyot kadar – davranış tamamen tersine döner: sinyal geriye doğru güçlendirilir ve ileriye doğru bloke edilir. “Özellikle kuantum teknolojisinde sinyal manipülasyonu için umut verici uygulamaları mümkün kılabilecek olağanüstü yönlü amplifikatör.” Çalışma, Mart ayında Nature dergisinde “Kitaev bozonik zincirinin optomekanik gerçekleştirilmesi” başlığı altında yayınlandı.
Kitaev zincirindeki bilimsel çalışmalar:
(dz)
Haberin Sonu
Duyuru
Buluşun tarihi ve altta yatan fenomenin keşfi birkaç yıl öncesine dayanmaktadır. AMOLF'tan Ewold Verhagen liderliğindeki ekip, manyetik alan tabanlı elektron manipülasyon tekniklerini model olarak aldı ve ses dalgaları için benzer yöntemler aradı. Ancak elektronlar söz konusu olduğunda bu kolaydır: negatif yüklüdürler ve manyetik alanlarla etkileşime girerler, böylece örneğin katot ışın tüplerinde yönlerini etkileyebilirsiniz. Diğer çeşitli olaylar, akımı kenarlarda mükemmel bir şekilde ileten ancak içeriden iletmeyen topolojik yalıtkanlar gibi elektromanyetik özelliklerine dayanır. Ayrıca manyetik alandaki elektronlar geldikleri yönün tersi yönde aynı yolu izleyemezler. Bununla birlikte, birçok uygulama için, titreşimlerin ve ses dalgalarının, manyetik alanlar kullanılarak, elektron ışınlarına benzer şekilde manipüle edilebilmesi çok yararlı olacaktır. Uzun süre bu işe yaramadı çünkü elektronlar yüklü parçacıklardı, ses dalgaları ise elektriksel ve manyetik açıdan nötrdü.
Verhagen'in ekibi kapıyı açtı ve lazer ışığıyla sesin yönünü kontrol etmeye başladı. Lazerin radyasyon basıncı, titreşen silikon nanosicimlerden oluşan bir ağa yönlendirilen ses dalgaları üretir. Javier del Pino, Jesse J. Slim ve Ewold Verhagen bunu 2022 gibi erken bir tarihte keşfettiler ve bunu şimdiye kadar bilinmeyen özelliklere sahip yeni sentetik malzemelerin keşfi için bir temel olarak kullanmayı umuyorlardı.
Lazer ışığı ile sesin yönü kontrol edilebilmektedir. Lazerin radyasyon basıncı, titreşen silikon nanosicimlerden oluşan bir ağa yönlendirilen ses dalgaları üretir.
(Resim: AMOLF)
Kuantum saçmalık
Bu, Kitaev zincirinin türetilmesiyle başarıldı. Bu, süper iletken bir malzemedeki (örneğin, daha önce yalnızca varsayımsal hataya dayanıklı kuantum bilgisayarlar için Majorana sıfır modu) temel parçacıkların belirli durumlarını (elektron olarak fermiyonlar, yarı tamsayı spin) tanımlayan kuantum fiziğinin teorik bir modelidir. Alexei Kitaev bu modeli milenyumun başında Microsoft'ta çalışırken geliştirdi. Model, elektrik yüklü parçacıklara atıfta bulunuyor ancak Verhagen ve ekibi, matematiksel konseptin, ışık veya sesin titreştiği sentetik bir malzemeyle de uygulanabileceğini öne sürdü. Bunun tamamen yeni malzeme davranışına yol açacağını umuyorlardı.
Işık ve ses, bozonlara (temel parçacıklar/tamsayı spinli yarı parçacıklar) ait olan fotonlardan veya fononlardan oluştuğundan, böyle bir malzeme fermiyonik zincir değil, Kitaev bozoniği oluşturur. Bu, birleştirilmiş rezonatörlerden oluşur. Rezonatörler malzemenin “atomlarına” karşılık gelir ve kolektif davranışları bağlantı türüne bağlıdır.
Yakından bakarsanız, bunların nanomekanik rezonatörler olduğunu, tırtıklı kenarları olan, titreşen küçük silikon dizileri olduklarını görürsünüz. Yazarlar, üretimi 2022 makalesinde açıklıyorlar (Hermitsel olmayan kiral fononik, optomekanik olarak sıkma yoluyla, Doğa). Ancak teller mekanik olarak örneğin yaylar aracılığıyla değil, lazerin radyasyon basıncı yoluyla optik olarak bağlanır. 2024 araştırmasının başyazarı Jesse Slim şunları söylüyor: “Lazerin yoğunluğunu dikkatli bir şekilde değiştirerek, beş rezonatörü birbirine bağlamayı başardık ve böylece Kitaev bozonik zincirini oluşturduk.”
Titreşim dalgaları için tersinir tek yönlü yol
Verhagen, “Optik bağlantı matematiksel olarak Kitaev fermiyonik zincirinin süper iletken bağlantılarına benzer” diyor. “Ancak yüksüz bozonlar süper iletken değildir; optik bağlantı bunun yerine nanomekanik titreşimleri güçlendirir. Sonuç olarak, titreşimler bir uçtan diğer uca katlanarak artar. İlginç bir şekilde titreşimlerin ters yönde iletilmesi engelleniyor.”
Verhagen şunları ekliyor: “Ve daha da büyüleyici olanı: Eğer dalga biraz gecikirse – çeyrek periyot kadar – davranış tamamen tersine döner: sinyal geriye doğru güçlendirilir ve ileriye doğru bloke edilir. “Özellikle kuantum teknolojisinde sinyal manipülasyonu için umut verici uygulamaları mümkün kılabilecek olağanüstü yönlü amplifikatör.” Çalışma, Mart ayında Nature dergisinde “Kitaev bozonik zincirinin optomekanik gerçekleştirilmesi” başlığı altında yayınlandı.
Kitaev zincirindeki bilimsel çalışmalar:
(dz)
Haberin Sonu