Πρώτη μέτρηση κβαντικής γεωμετρίας ηλεκτρονίων

Φυσικοί από το MIT και συνεργάτες τους κατάφεραν για πρώτη φορά να μετρήσουν τη γεωμετρία, ή αλλιώς το σχήμα, των ηλεκτρονίων σε στερεά υλικά σε κβαντικό επίπεδο. Ενώ οι επιστήμονες γνώριζαν πώς να μετρούν τις ενέργειες και τις ταχύτητες των ηλεκτρονίων σε κρυσταλλικά υλικά, η κβαντική γεωμετρία αυτών των συστημάτων μπορούσε μόνο να υποτεθεί θεωρητικά ή καθόλου.

Νέα Οπτική στην Κβαντική Φυσική

Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στο τεύχος της 25ης Νοεμβρίου του Nature Physics, ανοίγει νέους δρόμους για την κατανόηση και τον χειρισμό των κβαντικών ιδιοτήτων των υλικών, σύμφωνα με τον Riccardo Comin, αναπληρωτή καθηγητή Φυσικής στο MIT. «Έχουμε ουσιαστικά αναπτύξει ένα σχέδιο για την απόκτηση εντελώς νέων πληροφοριών που δεν μπορούσαν να αποκτηθούν προηγουμένως», αναφέρει ο Comin.

Εφαρμογές σε Κβαντικά Υλικά

Η εργασία αυτή μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε είδος κβαντικού υλικού, όχι μόνο σε αυτό που μελετήθηκε, σύμφωνα με τον Mingu Kang, πρώτο συγγραφέα της μελέτης και τώρα Kavli Postdoctoral Fellow στο Πανεπιστήμιο Cornell. Ο Kang προσκλήθηκε να γράψει ένα συνοδευτικό ερευνητικό άρθρο για τις επιπτώσεις της εργασίας στο ίδιο τεύχος του Nature Physics.

Η Παράξενη Κβαντική Πραγματικότητα

Στον παράξενο κόσμο της κβαντικής φυσικής, ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να περιγραφεί ως σημείο στο χώρο και ως κυματοειδές σχήμα. Στην καρδιά της τρέχουσας εργασίας βρίσκεται ένα θεμελιώδες αντικείμενο γνωστό ως κυματοσυνάρτηση, που περιγράφει το τελευταίο. «Μπορείτε να το σκεφτείτε σαν μια επιφάνεια σε τρισδιάστατο χώρο», λέει ο Comin.

Η Τεχνική ARPES

Η ομάδα του MIT έλυσε το πρόβλημα χρησιμοποιώντας την τεχνική angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). Ο Comin, ο Kang και άλλοι συνεργάτες είχαν χρησιμοποιήσει αυτή την τεχνική σε προηγούμενες έρευνες. Στην τρέχουσα εργασία, προσαρμόστηκε για να μετρήσει την κβαντική γεωμετρία ενός kagome μετάλλου.

Στενές Συνεργασίες

Ο Kang τονίζει ότι η νέα δυνατότητα μέτρησης της κβαντικής γεωμετρίας των υλικών προέρχεται από τη στενή συνεργασία μεταξύ θεωρητικών και πειραματιστών. Η πανδημία Covid-19 είχε επίσης επίδραση, καθώς ο Kang βρισκόταν στη Νότια Κορέα, διευκολύνοντας τη συνεργασία με θεωρητικούς εκεί.

Ο Comin, κατά τη διάρκεια της πανδημίας, ταξίδεψε στην Ιταλία για να βοηθήσει στη διεξαγωγή των πειραμάτων ARPES στο Italian Light Source Elettra. Παρά τις δυσκολίες, κατάφερε να εκτελέσει τα πειράματα με την υποστήριξη τοπικών επιστημόνων.

Συγγραφείς της μελέτης στο Nature Physics περιλαμβάνουν επίσης επιστήμονες από διάφορα πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα, όπως το Seoul National University, το Stanford University και το Lawrence Berkeley National Laboratory.

“`