Fizičari prvi put mjere kvantnu geometriju

Fizičari s MIT-a po prvi su put izmjerili geometriju ili oblik elektrona u krutim tijelima na kvantnoj razini. Znanstvenici već dugo znaju kako mjeriti energije i brzine elektrona u kristalnim materijalima, ali do sada se o kvantnoj geometriji tih sustava moglo zaključiti samo teoretski.

Rad, objavljen u izdanju časopisa Nature Physics, "otvara nove puteve za razumijevanje i manipuliranje kvantnim svojstvima materijala", kaže Riccardo Comin, izvanredni profesor fizike za razvoj karijere na MIT-u i voditelj rada.

"U osnovi smo razvili nacrt za dobivanje nekih potpuno novih informacija koje se prije nisu mogle dobiti", kaže Comin, koji je također povezan s MIT-ovim Laboratorijem za istraživanje materijala i Istraživačkim laboratorijem za elektroniku.

U čudnom svijetu kvantne fizike, elektron se može opisati i kao točka u prostoru i kao valoviti oblik. U srcu trenutnog rada je temeljni objekt poznat kao valna funkcija koja opisuje potonju.

Postoje različite vrste valnih funkcija, od jednostavnih do složenih. Zamislite loptu. To je analogno jednostavnoj ili trivijalnoj valnoj funkciji. Sada zamislite Mobiusovu traku, vrstu strukture koju je istraživao MC Escher u svojoj umjetnosti. To je analogno složenoj ili netrivijalnoj valnoj funkciji. A kvantni svijet je ispunjen materijalima koji se sastoje od potonjeg.

No do sada se o kvantnoj geometriji valnih funkcija moglo zaključiti samo teoretski, a to svojstvo postaje sve važnije jer fizičari pronalaze sve više i više kvantnih materijala s potencijalnom primjenom u svemu, od kvantnih računala do naprednih elektroničkih i magnetskih uređaja.

Tim s MIT-a riješio je problem pomoću tehnike koja se zove kutno razlučna fotoemisiona spektroskopija ili ARPES. U ovom radu tim je prilagodio ARPES za mjerenje kvantne geometrije kagome metala, vrsti feromagnetskog kvantnog materijala. Atomska rešetka u kagome metalu ima slojevite preklapajuće trokute i velike šesterokutne šupljine, slično kagome uzorku u tradicionalnom japanskom pletenju košara.