İlk Defa Bir Elektronun Geometrisi Belirlendi

  Basel Üniversitesi’ndeki fizikçiler, yapay bir atomdaki tek bir elektronun nasıl göründüğünü ve geometrisini ilk defa gösterdi.

Yeni geliştirilen yöntemle elektronun herhangi bir konumda bulunma ihtimalini tespit edebilen araştırmacılar, gelecek kuantum bilgisayarlarda birer bilgi birimi olacak elektron spinlerini kontrol etmeyi de başarabilecek. Bu araştırmanın deney ve sonuç kısımları, Physical Review Letters’da, teori kısmı ise Physical Review B’de yayımlandı.

Bir elektronun spini, kübit adı verilen kuantum bilgisayarlardaki en küçük bilgi birimi için en uygun ve olası adaydır. Bir elektronun spinini kontrol etmek ve istenilen yönde değiştirmek birçok fizikçi ve farklı alanlarda bilim insanlarının çalıştığı oldukça zorlayıcı kısımları ve engelleri bulunan bir araştırma alanıdır. Tek bir spinin stabilitesi ve farklı spinlerin dolaşıklığı birçok etkenin yanı sıra daha önce deneysel olarak belirlenmesi mümkün olmayan elektronların geometrisine de büyük ölçüde bağlıdır.


Kuantum noktada hapsedilmiş bir elektron. Yarı iletken yonga plakasındeki iki boyutlu gazda oluşturulan sistemde elektronlar alan içinde dalga fonksiyonlarına göre değişen olasılıklarda hareket halinde bulunuyor (kırmızı elipsler).
Elektrik alanın değiştirilmesi, kontrol edilmesi ile bu dalga fonksiyonların geometrisi değiştirilebiliyor ve elektronun daha önceki olası konumları tahmin edilerek model üzerinde bir elektronun spini ve geometrisi  tahmin edilebiliyor. (Kaynak; University of Basel, Departement of Physics)

Basel Üniversitesi Fizik Bölümü’nden Prof. Dominik Zumbühl ve aynı üniversitenin bünyesindeki Swiss Nanoscience Institute’ten Prof. Daniel Loss öncülüğündeki iki ayrı araştırma ekibi, kuantum noktalardaki elektronun geometrisini uzamsal olarak belirleyebilecekleri bir yöntem geliştirdi.

Bir kuantum nokta, teorik olarak doğal bir atomdan 1000 kat daha büyük olan ve serbest elektronları sınırlandıran tuzak benzeri bir alandır. Bu sebeple uygulamada tuzağa düşen elektronlar atoma bağlı olan elektronlara benzer davrandıkları için, bu kuantum noktalar “yapay atomlar” olarak tanımlanır.

Elektron, kuantum noktasında elektrik alanı ile tutulabilir. Bununla birlikte, bu alan içinde hareket eden elektronlar dalga fonksiyonlarına karşılık gelen olasılıklar ile belirli yerlerde sınırlanmış şekilde kalır.

Bilim insanları kuantum noktasındaki enerji seviyelerini belirlemek için spektroskopik ölçümleri kullanıyor. Bu seviyelerin değişken güç ve yönelimde manyetik alanlardaki davranışlarını inceliyorlar.

Araştırmacılar, teorik modelde bir elektronun bulunabileceği alanın olasılığını hesaplayarak nanometre altındaki ölçeklerde tahmin etmeyi başardı.

Japonya, Slovakya ve ABD’deki araştırmacılar ile yakın temasla yürütülen çalışmada elektronların geometrisi ile spinleri arasındaki bağıntının da daha iyi anlaşılması sağlandı.

Prof. Zumbühl , “Sadece elektronun şeklini ve yönünü belirlemiyoruz, aynı zamanda uygulanan elektrik alanlarının yapılandırmasına göre dalga fonksiyonunu da kontrol edebiliyoruz. Bu bize dönüşlerin kontrolünü çok hedeflenmiş bir şekilde optimize etme fırsatı veriyor.” şeklinde konuştu.

Buna göre kübit, -elektron spininin istendiği kadar sabit tutulduktan sonra-  kontrollü bir biçimde istendiği zaman değiştirilmesi ile ‘bilgi birimi’ olarak kullanılabilir.

Elektronların uzamsal oryantasyonu, bir dizi spinin dolaşıklığında rol oynar. İki atomun bir molekül oluşturmak için birbirlerine bağlanmasına benzer şekilde, iki elektronun dalga fonksiyonları da başarılı bir dolaşıklık için aynı ve tek bir düzlemde olmalıdır. Geliştirilen metod sayesinde, yakın gelecekteki kuantum bilgisayarlarda daha önceki çalışma verilerinin yardımıyla bu çalışmaların daha iyi anlaşılması sağlanılabilecek.

Çeviri: Cemal Başargan

Kaynak: https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/The-geometry-of-an-electron-determined-for-the-first-time.html

Matematiksel

Paylaşmak Güzeldir

Yazıyı Hazırlayan: Matematiksel

Avatar
Bu yazı gönüllü yazarlarımız tarafından hazırlanmış veya sitemiz editörleri tarafından belirtilen kaynaktan aslına uygun kalınarak eklenmiştir.

Bunlara da Göz Atın!

Galileo’nun İkilemi

Galileo’nun matematikçi dostu Castelli’ye yazdığı efsanevi mektup bulundu. Hem de hiç beklenmeyecek kadar göz önünde …

Bir Yorum

  1. Avatar

    Karekökün çizdiği yay ile aynı galiba.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.