Kuantum fiziği ve malzeme bilimi dünyasında, teknolojik gelişimin seyrini değiştirebilecek tarihi bir buluşa imza atıldı. Avusturya’daki Viyana Teknik Üniversitesi (TU Wien) ile ABD Teksas’taki Rice Üniversitesi araştırmacılarının ortak çalışması, elektronların iyi tanımlanmış parçacıklar gibi davranmadığı durumlarda bile ‘topolojik durumların’ oluşabileceğini kanıtladı.
Bu keşif, bilim dünyasında onlarca yıldır kabul gören varsayımlara meydan okurken; kuantum hesaplama, hassas algılama sistemleri ve yeni nesil gelişmiş malzemeler için devrim niteliğinde olanaklar yaratıyor.
PARÇACIK OLMADAN TOPOLOJİ MÜMKÜN
Fizikte ve matematikte ‘topoloji’, bir sistemin bozulmalara rağmen değişmeden kalan kararlı özelliklerini tanımlar. Topolojik malzemeler, elektronik davranışlarının dış etkenlere karşı son derece sağlam olması nedeniyle, özellikle enerji verimliliği yüksek elektronikler ve kuantum teknolojileri için kritik önem taşır.
Yakın zamana kadar bilim dünyası, bu kararlı durumların oluşması için elektronların net hız ve enerjiye sahip, tanımlanabilir parçacıklar gibi hareket etmesi gerektiğine inanıyordu. Ancak Viyana ve Teksas ekiplerinin bulguları, bu yerleşik inancı yıktı.
MUTLAK SIFIRDA ‘KARARSIZ’ DAVRANIŞ
Araştırmacılar, deneylerinde sezyum, rutenyum ve kalay elementlerinden oluşan özel bir bileşik (CeRu₄Sn₆) kullandı. Malzeme, mutlak sıfırın (yaklaşık -273 santigrat derece) hemen üzerindeki sıcaklıklarda incelendi.
Çalışmanın ilk yazarı TU Wien araştırmacısı Diana Kirschbaum, malzemenin bu sıcaklıklarda ‘kuantum-kritik’ bir davranış sergilediğini belirterek süreci şöyle açıkladı: "Malzeme, hangi durumu benimseyeceğine karar veremiyormuş gibi iki farklı durum arasında dalgalanıyor. Bu dalgalanma rejiminde, bildiğimiz parçacık tanımları anlamını yitiriyor."
DIŞ ALAN OLMADAN SAPMA: ANORMAL HALL ETKİSİ
Ekip, son derece düşük sıcaklıklarda, herhangi bir dış manyetik alan olmamasına rağmen yük taşıyıcılarının saptığını (Anormal Hall Etkisi) tespit etti. Bu durum, parçacık modeli geçerli olmasa bile malzemenin topolojik bir davranış sergilediğinin en net kanıtı oldu.
TU Wien Fizik Profesörü Dr. Silke Bühler-Paschen, sonuçların büyük bir sürpriz olduğunu vurgulayarak, "Topolojik özellikleri üretmek için bir parçacık resmine gerek olmadığı ortaya çıktı. Kavram sandığımızdan çok daha genel ve matematiksel bir temele dayanıyor" dedi.
YENİ TEKNOLOJİLER İÇİN PRATİK YOL HARİTASI
Rice Üniversitesi'nden Dr. Qimiao Si ve ekibinin teorik çalışmalarıyla da desteklenen bu yeni durum, ‘ortaya çıkan topolojik yarı metal’ olarak adlandırıldı.
Bilim insanlarına göre bu keşif sadece teorik bir bilgi değil, aynı zamanda pratik uygulamalar için bir dönüm noktası. Kuantum kritik davranışın birçok bileşikte zaten bilindiğini belirten uzmanlar, artık ne arayacaklarını bildikleri için yeni topolojik malzemelerin daha kolay keşfedilebileceğini belirtiyor. Bu gelişme, kuantum fiziğinin en derin prensiplerinden yararlanan gerçek dünya teknolojilerinin, özellikle de yeni nesil çiplerin ve süper bilgisayarların üretimini hızlandırabilir.
