Sadece birkaç nanometre büyüklüğünde olan parçacıklar bugün bilimsel araştırmalarda sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tip parçacıklar çubuk, küre, küp ve benzeri birçok yapıda olabilirler. Onları bilimsel araştırmalarda kullanılmaya değer kılan şey ise, çok küçük olmaları nedeniyle daha büyük nesnelerde gözlenmesi mümkün olmayan bir takım kuantum mekanik özellikleri sergilemeleridir.
Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi’nde çalışma yürüten araştırmacılar, Nature Communications’ta yayınlanan makalelerinde bu durumun ardındaki temel kuantum özelliğine odaklandı. Bunlar, “yarı iletken kuantum halkaları” olarak adlandırılan halka benzeri nanopartiküller. Bu yapıların sahip olduğu kuantum özellik, gelecekteki teknolojilerde kuantum bilgi depolama, iletişim ve hesaplama alanlarında kullanılabilir.
Bu projede, Chicago Üniversitesi, Ludwig Maximilian Münih Üniversitesi, Ottawa Üniversitesi ve Kanada’daki Ulusal Araştırma Konseyi’nden araştırmacılar işbirliği ile çalıştı. Ekip, büyüyen halka şeklindeki nanoparçacıklara, onlarla etkileşime giren yarı iletken bir kadmiyum selenitten oluşan dairesel halkalar monte etti. Bu kuantum halkalar iki boyutlu yapılardı ve birkaç atom katmanından oluşan kristal malzemeler içeriyorlardı. Yarı iletkenlerin avantajı, araştırmacılar bir lazerle onlara enerji gönderdiğinde, foton yaymalarıdır. Çalışmanın yürütücülerinden Xuedan Ma, “İki boyutlu bir foton yayıcıyı bir lazerle aydınlatırsanız, iki eksen boyunca ışık yaymalarını beklersiniz” dedi ve ekledi: “Fakat beklediğiniz şey, elde ettiğiniz şey değil. Bu iki boyutlu halkalar bir eksen boyunca ışık yayabilir.”
Ekip, mükemmel dönme simetrisini kırarak hafifçe uzamalarına neden olan etkiyi gözlemledi. “Bu simetri kırılması ile ışık emisyonunun yönünü değiştirebiliriz. Böylece fotonların salınımını kontrol edebilir ve tutarlı bir yön kontrolü elde edebiliriz” diyor Ma. Işıktaki fotonlar bu halkalardan her yöne yayılmak yerine, tek bir yönde yayıldıklarından, araştırmacılar bu yayını fotonları etkin bir şekilde toplayacak şekilde ayarlayabilirler. Bu kontrol ile araştırmacılar, topoloji bilgisini fotonlara entegre edebilir ve daha sonra kuantum bilgisini taşımak için haberci olarak kullanılabilir. Bu kodlanmış fotonların kuantum ağı ve hesaplama için kullanılması bile mümkün olabilir. Alana ilişkin çalışmalarıyla bilinen biliminsanı Matthew Otten “Fabrikasyon işlemi üzerinde daha fazla kontrol sahibi olabilirsek farklı şekillerde nanoparçacıkları yapabiliriz” dedi ve ekledi: “O zaman, nanoparçacıklara daha fazla kuantum bilgisi veya daha fazla bilgi kodlayabiliriz.”
Kaynak: https://m.phys.org/news/2019-10-nanoparticles-quantum-technology.html
