Bilim insanları 'imkânsız' kuantum maddeyi incelerken yepyeni bir faz keşfetti

Bilim insanları, onlarca yıldır fizik dünyasının en gizemli hedeflerinden biri olarak görülen “kuantum spin sıvısı”na (QSL) dair önemli bir keşfe imza attı. Ancak sonuç, araştırmacıların beklediğinden farklı çıktı.

Yeni çalışmada, daha önce kuantum spin sıvısı olduğu düşünülen bir materyalin aslında tamamen farklı ve daha önce tanımlanmamış yeni bir madde hali olduğu belirlendi.

Araştırma, Science Advances dergisinde yayımlandı.

Aranan kuantum madde başka bir şey çıktı

Uluslararası araştırma ekibi, serium magnezyum heksalüminat (CeMgAl11O19) adlı kristal materyali detaylı biçimde inceledi.

Bu malzeme daha önce iki önemli özelliği nedeniyle kuantum spin sıvısı adayı olarak görülüyordu:

Manyetik düzenin olmaması

“Bulanık” kuantum durumlarının gözlenmesi

Ancak araştırmacılar, gelişmiş X-ışını ve nötron analizleriyle bu etkilerin gerçek bir kuantum spin sıvısından kaynaklanmadığını ortaya koydu.

Rice Üniversitesinden fizikçi Bin Gao, “Malzemenin daha yakından incelenmesi, gözlemlenen davranışların kuantum spin sıvısından değil, malzemenin kendi iç manyetik etkileşimlerinden kaynaklandığını gösterdi” dedi.

Yepyeni bir madde hali

Araştırmacılar, malzemenin içindeki rekabet halindeki manyetik kuvvetlerin ve sıra dışı atom diziliminin, daha önce görülmemiş özellikler ortaya çıkardığını belirledi.

Bu nedenle CeMgAl11O19 artık bir kuantum spin sıvısı olarak değerlendirilmiyor. Ancak bilim insanları, bunun yerine tamamen yeni bir madde hali keşfetmiş olabileceklerini düşünüyor.

Rice Üniversitesinden fizikçi Pengcheng Dai, “Bildiğimiz kadarıyla bu ilk kez tanımlanan yeni bir madde hali” ifadelerini kullandı.

Kuantum bilgisayarlar için neden önemli?

Kuantum spin sıvıları, özellikle kuantum bilgisayar teknolojileri açısından büyük önem taşıyor.

Uzmanlar, bu egzotik materyallerin kuantum sistemlerini daha kararlı hale getirebileceğini ve veri depolamayı hata toleranslı biçimde mümkün kılabileceğini düşünüyor.

Mevcut kuantum bilgisayar prototipleri son derece hassas olduğu için küçük çevresel etkiler bile hesaplama hatalarına yol açabiliyor. QSL benzeri materyallerin bu sorunu çözme potansiyeli olduğu değerlendiriliyor.

Bilim insanlarına göre daha gelişmiş kuantum bilgisayarlar;

• iklim değişikliği modellemeleri,
• hava tahminleri,
• ilaç geliştirme süreçleri,
• yapay zekâ sistemleri

gibi birçok alanda devrim yaratabilir.

Bu nedenle kuantum materyaller üzerine yapılan her yeni keşif, geleceğin teknolojileri açısından kritik görülüyor.

Araştırmacılar, CeMgAl11O19’un beklenen ilk “gerçek” kuantum spin sıvısı çıkmamasının bilim dünyasında bir miktar hayal kırıklığı yarattığını kabul ediyor.