Μια ανακάλυψη που μέχρι πρότινος ανήκε αποκλειστικά στη θεωρία φαίνεται να ανοίγει νέους δρόμους για το μέλλον της τεχνολογίας. Ερευνητική ομάδα του Université de Genève (UNIGE), σε συνεργασία με το University of Salerno και το CNR-SPIN Institute στην Ιταλία, κατάφερε να εντοπίσει για πρώτη φορά σε πραγματικά υλικά μια «κρυφή κβαντική γεωμετρία» που παραμορφώνει τις τροχιές των ηλεκτρονίων. Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science, υπόσχεται να επαναπροσδιορίσει την ανάπτυξη ηλεκτρονικών συστημάτων, υπεραγωγών και υπερταχέων συσκευών.
Η ιδέα ότι τα ηλεκτρόνια μπορεί να κινούνται μέσα σε ένα «κβαντικό γεωμετρικό χώρο» πρωτοδιατυπώθηκε πριν από περίπου δύο δεκαετίες. Η λεγόμενη κβαντική γεωμετρία (quantum metric) περιγράφει την καμπυλότητα του χώρου στον οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια, επηρεάζοντας άμεσα τη συμπεριφορά τους. Ωστόσο, για πολλά χρόνια θεωρούνταν μια καθαρά μαθηματική σύλληψη, χωρίς πρακτική απόδειξη.
«Η έννοια της quantum metric υπήρχε στη θεωρία εδώ και χρόνια, αλλά μόνο πρόσφατα αρχίσαμε να βλέπουμε τις πραγματικές της επιδράσεις στα υλικά», σημειώνει ο Andrea Caviglia, καθηγητής και διευθυντής του Department of Quantum Matter Physics στη Σχολή Επιστημών του UNIGE.
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στη μελέτη της διεπαφής ανάμεσα σε δύο οξείδια (το τιτανικό στρόντιο και το αργίλιο του λανθανίου), τα οποία είναι γνωστά κβαντικά υλικά. Παρατηρώντας τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων υπό την ταυτόχρονη επίδραση της κβαντικής γεωμετρίας και ισχυρών μαγνητικών πεδίων, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι τροχιές τους αλλοιώνονταν, σαν να παραμορφωνόταν ο ίδιος ο χώρος μέσα στον οποίο κινούνται.
Ο Giacomo Sala, βασικός συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί ότι αυτή η παραμόρφωση δεν είναι απλώς μια μαθηματική ιδέα, αλλά ένα μετρήσιμο φαινόμενο που προσφέρει νέους τρόπους κατανόησης των ηλεκτρονικών, οπτικών και μεταφορικών ιδιοτήτων των υλικών.
Η παρατήρηση αυτού του φαινομένου επιτρέπει στους επιστήμονες να αναλύουν με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια τα χαρακτηριστικά των υλικών σε κβαντικό επίπεδο. Μέχρι πρόσφατα, η επικρατούσα άποψη ήταν ότι η κβαντική γεωμετρία δεν αποτελεί εγγενή ιδιότητα των περισσότερων υλικών. Η νέα έρευνα, ωστόσο, αποδεικνύει το αντίθετο: πρόκειται για ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό που ενδέχεται να επηρεάζει πολύ περισσότερες περιπτώσεις από όσες πιστεύαμε.
Η σημασία της ανακάλυψης ξεπερνά τα όρια της ακαδημαϊκής έρευνας. Η κατανόηση και αξιοποίηση της κβαντικής γεωμετρίας θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες γενιές ηλεκτρονικών συσκευών ικανών να λειτουργούν σε συχνότητες terahertz. Παράλληλα, ανοίγει προοπτικές για την ανάπτυξη νέων υπεραγωγών και την ενίσχυση της αλληλεπίδρασης φωτός-ύλης.
Η ιστορία δείχνει ότι οι πιο σημαντικές τεχνολογικές επαναστάσεις ξεκίνησαν από την κατανόηση της ύλης σε μικροσκοπικό επίπεδο. Από τη μελέτη των ηλεκτρονίων και των φωτονίων γεννήθηκαν οι ημιαγωγοί, τα τρανζίστορ και στη συνέχεια οι υπολογιστές. Τώρα, με την ανακάλυψη της κβαντικής γεωμετρίας, φαίνεται πως ανοίγει ο δρόμος για την επόμενη γενιά τεχνολογίας.
Η δυνατότητα να επεξεργαζόμαστε δεδομένα με αστραπιαία ταχύτητα ή να μεταφέρουμε ενέργεια χωρίς απώλειες δεν είναι πια μόνο θεωρητικό σενάριο. Με την κατανόηση της κρυφής γεωμετρίας που καθορίζει τις κινήσεις των ηλεκτρονίων, η επιστήμη πλησιάζει στην υλοποίηση αυτών των φιλόδοξων στόχων.
«Οι ανακαλύψεις αυτές δημιουργούν νέες προοπτικές για την αξιοποίηση της κβαντικής γεωμετρίας σε πληθώρα υλικών, με επιπτώσεις που εκτείνονται από την ηλεκτρονική υψηλής ταχύτητας μέχρι την υπεραγωγιμότητα και την αλληλεπίδραση φωτός-ύλης», καταλήγει ο Andrea Caviglia.
[via]
