Anlaşılmaz kvant kəşfi fizika qanunlarına meydan oxuyur

Elm dünyasında yeni sirr: İzolyatorlar niyə metallar kimi davranır?

Qabaqcıl materialları öyrənən fizik Lu Li yaxşı bilir ki, insanlar onun tədqiqatlarının yeni texnologiyalara və ya praktiki yeniliklərə necə gətirib çıxaracağını eşitmək istəyirlər. Lakin bəzən kəşf etdiyi şey o qədər qeyri-adi olur ki, onun dəyəri kainatın necə qəribə ola biləcəyini ortaya qoymaqdan ibarət olur.

Kvant rəqsləri: Elektronlar yay kimi davrananda

Beynəlxalq alimlər qrupu ilə işləyən Lu Li bu yaxınlarda "Physical Review Letters" jurnalında təsvir edilən bu cür kəşflərdən birinə imza atıb. Miçiqan Universitetinin fizika professoru Li qeyd edib ki, bu kəşfin böyük bir tətbiqi olduğunu iddia etməyi çox istərdi, lakin işi bu arzunu daha da uzaqlaşdırır. Buna baxmayaraq, tapdıqları həqiqətən də qəribə və maraqlıdır.

ABŞ Milli Elm Fondu və ABŞ Enerji Nazirliyinin dəstəyi ilə aparılan tədqiqat kvant rəqsləri adlanan sirli bir təsirə diqqət yetirir. Metallarda bu rəqslər elektronlar maqnit sahələrinə cavab olaraq titrəyən kiçik yaylar kimi davrandıqda baş verir. Maqnit sahəsinin gücünü dəyişdirməklə, alimlər bu "elektron yaylarının" nə qədər sürətlə hərəkət etdiyini dəyişə bilərlər.

İzolyatorların daxilində cavab axtarışı

Lakin son illərdə tədqiqatçılar eyni kvant rəqslərini izolyatorlarda da kəşf ediblər – yəni elektrik və ya istilik keçirməməli olan materiallarda. Bu kəşf alimləri təsirin yalnız bu materialların səthindən, yoxsa daxili hissəsindən (həcmindən) qaynaqlandığı barədə mübahisə etməyə vadar edib.

Əgər rəqslər səthdən gəlsəydi, bu, potensial texnologiyalar üçün xüsusilə maraqlı olardı. Topoloji izolyatorlar adlanan materiallar, daxili hissələri izolyator olaraq qalarkən səthlərində elektrik keçiriciliyini təmin edir və artıq yeni növ elektron, optik və kvant qurğuları üçün öyrənilir.

Bu sirri araşdırmaq üçün Li və əməkdaşları dünyanın ən güclü maqnitlərinə ev sahibliyi edən Milli Maqnit Sahəsi Laboratoriyasına üz tutdular. Onların eksperimentləri göstərdi ki, rəqslər yalnız səth təsiri deyil, əksinə, materialın həcmindən qaynaqlanır.

"Yeni ikilik" və qeyri-adi davranış

Lu Li bu tapıntını "yeni ikilik" adlandırdığı bir fenomenin hissəsi kimi təsvir edir. Fizikada orijinal, yəni "köhnə" ikilik yüz ildən artıq əvvəl alimlərin işığın və maddənin həm dalğa, həm də hissəcik kimi davrana biləcəyini anladıqları zaman ortaya çıxmışdı. Bu kəşf fizikayı dəyişdirərək günəş batareyaları və elektron mikroskopları kimi texnologiyalara yol açdı.

Li deyir ki, yeni ikilik həm keçirici, həm də izolyator kimi davranan materialları əhatə edir. Onun komandası bu ideyanı ittərbi borid (YbB12) adlı bir birləşməni 35 Tesla gücündə – bir xəstəxana MRT aparatının içindəki sahədən təxminən 35 dəfə daha güclü bir maqnit sahəsində istifadə edərək araşdırdı.

Bu "metalabənzər" davranış yalnız həddindən artıq maqnit şəraitində ortaya çıxsa da, tapıntı materialların kvant səviyyəsində necə davrandığı barədə yeni suallar ortaya qoyur.

Li izah edib ki, əslində, elektronika sahəsində istifadəsi mümkün olan yaxşı keçiriciliyə malik bir səth təsəvvür etdiyimiz bu sadəlövh mənzərənin tamamilə yanlış olduğunu göstəririk. "Hətta izolyator olsa da, bütün birləşmə metal kimi davranır" deyə o əlavə edib.

24 saat