Araştırmacılar, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda elektron spininin kuantum bilgisini aktarmak için nasıl kullanılabileceğini gösteriliyor.
Elektronun spini doğanın ideal kuantum biti olarak işlev görerek bilginin “bir” ya da “sıfır ”ın ötesine geçen bir aralıkta saklanmasına olanak tanır. Kuantum bilgi biliminin önemli bir hedefi, elektronun spin serbestlik derecesinden veya potansiyel spin durumlarından yararlanmaktır.
Berkeley Lab. araştırmacıları tarafından yapılan son çalışmalar, antiferromanyet olarak bilinen bir malzeme sınıfında, magnon dalga paketlerinin (elektron spininin kolektif uyarımları) önemli mesafeler boyunca kuantum bilgi taşıma potansiyelini göstermiştir.
Antiferromanyetlerde bu tür uyarımların yayılmasıyla ilgili kabul edilen kavramlara meydan okuyor. Kuantum bilgisinin uzak mesafelere aslına uygun bir şekilde iletilmesi, bilgisayarlar, sensörler ve diğer cihazları içeren kuantum teknolojilerinin gelecek dönemi için çok önemlidir.
Araştırmacı Orenstein ve arkadaşları, Nature Physics’te yayınlanan bir makalede belgelenen keşifleriyle bu hedeflere doğru bir adım atmayı umuyorlar. Çalışmaları, kuantum tabanlı cihazlar üretip test ederek, yazılım geliştirerek ve teoriden uygulamaya kadar kuantum araştırma ekosisteminde çalışarak kuantum bilgi üretmeye yönelik Berkeley Lab’daki daha büyük girişimlerin bir parçasıdır.
Küçük çubuk mıknatıslar gibi olan elektron spinleri, malzemelere manyetik özelliklerini veren şeydir. Antiferromanyetik düzen, zıt yönlere yönlendirilmiş yakın spinlerden kaynaklanır; bu konfigürasyon net manyetizma ile sonuçlanmaz.
Orenstein’ın grubu, bir yerde antiferromanyetik düzeni bozarken başka bir yerde problama yapmak için lazer atım çiftleri kullanarak, magnon dalga paketlerinin yayılımının görüntülerini elde etti ve antiferromanyetik bir malzemede nasıl aktıklarını anlamaya yardımcı oldu. Bu resimler, magnon dalga paketlerinin, düşen bir çakıl taşının bir gölette dalgalanmalara neden olması gibi, her yöne nasıl yayıldığını gösterdi.
Ayrıca Berkeley Lab grubu, magnon dalga paketlerinin antiferromanyet CrSBr’de (krom sülfür bromür) mevcut modeller tarafından öngörülenden daha hızlı ve daha uzağa yayıldığını gösterdi. Modellere göre, bir elektron spini yalnızca komşularıyla çiftleşir. Bir benzetme yapmak gerekirse, yaylarla yakındaki komşulara bağlanan bir küreler sistemi olabilir; eğer bir küre ideal konumundan kaydırılırsa, yer değiştirme dalgası zaman içinde yayılır.
Dikkat çekici bir şekilde, bu etkileşimler ekibin bulduğu hızdan çok daha yavaş bir yayılma hızı öngörmektedir.
Ancak dönen her elektronun küçük bir çubuk mıknatısa benzediğini unutmayın. Orenstein’a göre, dönen elektronların yerine geçen küçük çubuk mıknatısların yerine küreleri hayal edersek, görüntü dramatik bir şekilde değişir.
Artık her bir çubuk mıknatıs, yerel etkileşimlerden ziyade, bir buzdolabı mıknatısını buzdolabının kapısına çeken aynı uzun menzilli etkileşimle diğerlerine bağlanıyor.
Kaynak: phys.org/news
