Malzemeler üzerinde çalışan biri olarak Lu Li, insanların keşiflerinin mümkün kılabileceği heyecan verici yeni uygulamalar ve teknolojiler hakkında bilgi almak istediklerini biliyor. Ancak bazen bulduğu şeyler hemen kullanılamayacak kadar tuhaf veya aşırı olabiliyor.
Li, uluslararası bir araştırmacı ekibiyle birlikte çalışarak, aşağıda ayrıntılı olarak açıklanan ikinci türden keşiflerden birini gerçekleştirdi: Fiziksel İnceleme Mektupları.
Michigan Üniversitesi’nden fizik profesörü Li, “Harika bir uygulama olduğunu iddia etmeyi çok isterdim, ancak çalışmalarım bu hayali daha da ileri götürmeye devam ediyor” dedi. “Fakat bulduğumuz şey hala gerçekten tuhaf ve heyecan verici.”
Keşif, kuantum salınımları olarak adlandırılan şeyle ilgilidir. Li, bu salınımların metallerde bulunduğunu ve metalin elektronlarının yay gibi hareket ettiği bir olgu olarak düşünülebileceğini söyledi. Araştırmacılar, manyetik alan uygulayarak bu elektron yaylarının kıpırdama hızını değiştirebilirler.
Ancak geçtiğimiz birkaç yılda araştırmacılar, genellikle ısıyı veya elektriği iletmeyen metal olmayan yalıtkanlarda da aynı kuantum salınımlarını keşfettiler. Bu durum, alanı tıkayan bir soruya yol açtı: Bu salınımlar yalnızca malzemenin yüzeyinden mi kaynaklanıyor, yoksa davranış malzemenin kütlesinin içinden gelen bir şey mi?
Uygulamalar açısından bakıldığında yüzey daha büyüleyici bir cevap olacaktır. Bilim adamları, yeni elektronik, optik ve kuantum teknolojilerini mümkün kılmak için, yüzeylerinde metal benzeri davranışlar sergileyen ve aynı zamanda toplu olarak yalıtkan kimliğini koruyan, topolojik yalıtkanlar adı verilen malzemeleri araştırıyorlar.
Ancak dünyanın en büyük ve en güçlü mıknatıs laboratuvarı olan Ulusal Manyetik Alan Laboratuvarı ile birlikte çalışan Li ve meslektaşları, kuantum salınımlarının kütleden kaynaklandığına dair kanıtlar sağladılar.
Li, “Keşke bununla ne yapacağımı bilseydim, ancak bu aşamada hiçbir fikrimiz yok” dedi. “Şu anda sahip olduğumuz şey olağanüstü bir olgunun deneysel kanıtıdır; bunu kaydettik ve umarız bir noktada onu nasıl kullanacağımızı anlayacağız.”
Ekip, ABD ve Japonya’daki altı kurumdan bir düzineden fazla işbirlikçiyi içeriyordu. Ekipte Li’nin yanı sıra araştırma görevlisi Kuan-Wen Chen ve UM’den lisansüstü öğrencileri Yuan Zhu, Guoxin Zhen, Dechen Zhang, Aaron Chan ve Kaila Jenkins de vardı.
Li, bu çalışmayı “yeni ikilik” olarak adlandırdığı şeyin sınırlarını keşfetmek olarak düşünmeyi seviyor. Bu bağlamda, orijinal veya “eski” ikilik, bir asırdan fazla bir süre önce kuantum mekaniğinin ortaya çıkışıyla ortaya çıktı. Bu süre zarfında bilim adamları, ışığın ve maddenin hem parçacık hem de dalga benzeri davranışlar sergilediğini gösteriyorlardı. Bu fikrin yalnızca temel fizikte değil, aynı zamanda güneş pilleri ve elektron mikroskopları gibi artık sıradan olan teknolojilerin geliştirilmesinde de önemli olduğu kanıtlandı.
Li’ye göre yeni dualite, malzemelerin hem iletken hem de yalıtkan olarak davranabilme yeteneğidir. Bu bağlamda kuantum salınımlarını araştırmak için ekibi, çok güçlü bir manyetik alan içerisinde iterbiyum borür (YbB12) adı verilen bir malzemeyle deneyler kullandı.
Li, “Etkili olarak, elektronikte kullanılması mümkün, iyi iletkenliğe sahip bir yüzey hayal ettiğimiz bu saf resmin tamamen yanlış olduğunu gösteriyoruz” dedi. “Yalıtkan olmasına rağmen metal gibi davranan bileşiğin tamamı. Ne yazık ki metalin bu çılgın davranışı yalnızca 35 Tesla’da ortaya çıkıyor; bu, bir MRI makinesinin içindekinin yaklaşık 35 katı bir manyetik alan gücü.”
Bu nedenle, uygulamalar hemen belli olmasa da, davranış ve araştırmacıların daha az ekstrem koşullarda bundan nasıl yararlanabileceği hakkında sorulacak soru sıkıntısı yok.
Zhu, “Salınımların toplu ve içsel olduğunu doğrulamak heyecan verici” dedi. “Gözlemden ne tür nötr parçacıkların sorumlu olduğunu henüz bilmiyoruz. Bulgularımızın daha ileri deneyleri ve teorik çalışmaları motive edeceğini umuyoruz.”
