Fizikanët e MIT dhe kolegët e tyre kanë matur për herë të parë gjeometrinë, ose formën, e elektroneve në materiale të ngurta në nivel kuantik. Shkencëtarët e kanë ditur prej kohësh se si të masin energjitë dhe shpejtësitë e elektroneve në materialet kristalore, por deri më tani, gjeometria kuantike e këtyre sistemeve mund të kuptohej vetëm teorikisht, ose ndonjëherë aspak.
Ky punim, i raportuar në numrin e 25 nëntorit të Nature Physics, “hap rrugë të reja për të kuptuar dhe manipuluar vetitë kuantike të materialeve,” thotë Riccardo Comin, Profesor i Zhvillimit të Karrierës të Klasës së 1947 të MIT dhe lider i punës.
“Kemi krijuar në thelb një plan për të marrë disa informacione plotësisht të reja që nuk mund të merren më parë,” thotë Comin, i cili është gjithashtu i lidhur me Laboratorin e Kërkimit të Materialeve të MIT dhe Laboratorin e Kërkimit Elektronik.
Puna mund të aplikohet në “çdo lloj materiali kuantik, jo vetëm tek ai me të cilin kemi punuar,” thotë Mingu Kang, autori i parë i punimit në Nature Physics dhe Studiues Postdoktoral në Laboratorin e Fizikës Atomike dhe të Materialeve të Forta në Cornell. Kang, i diplomuar në MIT në vitin 2023, zhvilloi këtë punë si student doktorature në MIT.
Kang gjithashtu u ftua të shkruajë një Përmbledhje Kërkimore shoqëruese mbi punën, përfshirë implikimet e saj, për numrin e 25 nëntorit të Nature Physics.
Një botë e çuditshme
Në botën e çuditshme të fizikës kuantike, një elektron mund të përshkruhet si një pikë në hapësirë dhe një formë valëzuese. Në zemër të kësaj pune është një objekt themelor i njohur si funksioni i valës që përshkruan këtë të fundit. “Mund ta mendoni atë si një sipërfaqe në një hapësirë tredimensionale,” thotë Comin.
Ekzistojnë lloje të ndryshme funksionesh vale, nga ato të thjeshta deri tek ato komplekse. Mendoni një top. Kjo është analoge me një funksion vale të thjeshtë, ose trivial. Tani imagjinoni një shirit Möbius, si ato që eksploroi M.C. Escher në artin e tij. Kjo është analoge me një funksion vale kompleks, ose jotrivial. Dhe bota kuantike është e mbushur me materiale të përbëra nga kjo e fundit.
Por deri më tani, gjeometria kuantike e funksioneve të valëve mund të kuptohej vetëm teorikisht, ose ndonjëherë aspak. Dhe kjo pronë po bëhet gjithnjë e më e rëndësishme ndërsa fizikantët zbulojnë gjithnjë e më shumë materiale kuantike me aplikime të mundshme në gjithçka, nga kompjuterat kuantikë deri tek pajisjet elektronike dhe magnetike të avancuara.
Ekipi i MIT zgjidhi problemin duke përdorur një teknikë të quajtur spektroskopia e fotoemisionit të zgjidhur sipas këndit, ose ARPES. Comin, Kang dhe disa nga të njëjtët kolegë e kishin përdorur teknikën në kërkime të tjera. Për shembull, në vitin 2022 ata raportuan zbulimin e “sekretit” prapa vetive ekzotike të një materiali kuantik të ri të njohur si metal kagome. Edhe ajo punë u shfaq në Nature Physics.
Në punën aktuale, ekipi përshtati ARPES për të matur gjeometrinë kuantike të një metali kagome.
Bashkëpunime të ngushta
Kang thekson se aftësia e re për të matur gjeometrinë kuantike të materialeve “vjen nga bashkëpunimi i ngushtë midis teoricienëve dhe eksperimentuesve.”
Pandemia COVID, gjithashtu, pati një ndikim. Kang, i cili është nga Koreja e Jugut, ishte i vendosur në atë vend gjatë pandemisë. “Kjo mundësoi një bashkëpunim me teoricienë në Korenë e Jugut,” thotë Kang, një eksperimentues.
Pandemia gjithashtu çoi në një mundësi të pazakontë për Comin. Ai udhëtoi në Itali për të ndihmuar në drejtimin e eksperimenteve ARPES në Burimin e Dritës Italiane Elettra, një laborator kombëtar. Laboratori ishte i mbyllur gjatë pandemisë, por po fillonte të rihapej kur mbërriti Comin.
Ai u gjet vetëm, megjithatë, kur Kang rezultoi pozitiv për COVID dhe nuk mundi të bashkohej me të. Kështu që ai pa dashje drejtoi eksperimentet vetë me mbështetjen e shkencëtarëve lokalë.
“Si profesor, udhëheq projekte, por studentët dhe studiuesit postdoktoralë i kryejnë punët në të vërtetë. Kështu që ky është në thelb studimi i fundit ku në të vërtetë kontribuova në vetë eksperimentet,” thotë ai.
