Tudomány
Csak el kellett forgatni az anyagot, és váratlan dolog történt
Jelentős áttörést értek el ausztrál kutatók a kvantumtechnológiák fejlesztésében: atomvastagságú anyagrétegek elforgatásával sikerült eddig nem látott mértékben szabályozniuk a kvantumfény-források működését. A felfedezés új lendületet adhat a kvantumszámítógépek, a feltörhetetlen kommunikációs rendszerek és az ultranagy pontosságú szenzorok fejlesztésének.
A Sydneyi Műszaki Egyetem (UTS) kutatói a hatszögletű bór-nitrid (hexagonal boron nitride, hBN) nevű anyag tulajdonságait vizsgálták. Ez az anyag rendkívül vékony, egymásra rétegzett szerkezetű, ami lehetővé teszi, hogy a kutatók a rétegeket szétválasszák, elforgassák, majd újra egymásra helyezzék.
A kísérletek során azt tapasztalták, hogy a rétegek elcsavarása jelentősen megváltoztatja a kvantumfény-források által kibocsátott fény színét és hullámhosszát. A változás mértéke a kutatókat is meglepte.
A rétegek elforgatása új lehetőségeket nyit
A tanulmány vezető szerzője, Angus Gale szerint a kvantumfény-források létezését már korábban is sikerült igazolni, ám gyakorlati alkalmazásuk eddig komoly nehézségekbe ütközött.
„Látjuk ezeket a kvantumemittereket, tudjuk, hogy léteznek, de nagyon nehéz őket a gyakorlatban működésre bírni. Ez a módszer egy új eszközt ad a kezünkbe, amellyel közelebb kerülhetünk a kvantumtechnológiák megvalósításához” – mondta a kutató.
A legtöbb hasonló kísérletben egy adott elforgatási szögű szerkezetet hoznak létre, majd annak tulajdonságait vizsgálják. Az ausztrál csapat azonban ennél tovább ment: a rétegeket többször is felemelték, elforgatták és újra egymásra helyezték, így folyamatosan változtatni tudták a rendszer tulajdonságait.
„Kihasználjuk azt a tényt, hogy a hatszögletű bór-nitrid réteges szerkezetű. Fel tudjuk emelni, egymásra tudjuk rakni, el tudjuk forgatni, és ezzel módosíthatjuk a kvantumemittereket. Hagyományos anyagoknál, például gyémántnál vagy szilícium-karbidnál erre nincs lehetőség” – magyarázta Gale.
A „sajtszeletek” titka
A kutató szemléletes hasonlattal írta le az anyag szerkezetét: a tömör sajttömb helyett inkább egymásra rakott sajtszeletekhez hasonlította azt.
„Egy sajttömb közepéhez nehéz hozzáférni. A szeleteket viszont szét lehet választani, újra össze lehet rakni, és meg lehet változtatni, hogyan hatnak egymásra”
– mondta.
A kutatók szerint éppen ez a különleges, könnyen alakítható szerkezet teszi lehetővé, hogy a hBN olyan tulajdonságokat mutasson, amelyek a hagyományos kvantumanyagok esetében nem érhetők el.
A projekt vezetője, Igor Aharonovich professzor szerint a réteges anyagok elforgatása azért különösen izgalmas, mert teljesen új fizikai jelenségeket hozhat létre.
„Két olyan réteget is egymásra helyezhetünk egy adott szögben, amelyek önmagukban nem mutatnak különleges tulajdonságokat, együtt azonban egy teljesen új rendszert alkotnak” – hangsúlyozta.
A szakember szerint a mostani eredmények hosszabb távon hozzájárulhatnak a kvantumszámítógépek, a kvantumalapú kommunikáció és az érzékelőtechnológiák fejlődéséhez. Ezek az alkalmazások a jövőben az egészségügytől a kiberbiztonságon át akár a GPS-rendszerek pontosságának javításáig számos területen hozhatnak áttörést.
Forrás: Sciencedaily