Elektrony i inne cząstki funkcjonują w na tyle małych skalach, że w wyjaśnianiu związanych z nimi pojęć warto czasami wykorzystać analogie do “nieco” większych obiektów. W tym przypadku trafnym byłoby porównanie spinu elektronu do Ziemi krążącej wokół Słońca i jednocześnie obracającej się wokół własnej osi.
Czytaj też: Powstaje nowy rodzaj komputera kwantowego. To zasługa ostatnich eksperymentów z fononami
Przejdźmy teraz do metalu kagome, czyli specyficznego materiału kwantowego o ferromagnetycznych właściwościach. Tworzące go atomy metalu są ułożone w siatkę przypominającą japoński wzór stosowany w czasie wyplatania koszy kagome. Międzynarodowy zespół badawczy, stojący za publikacją dostępną w Nature Physics, dokonał niedawno historycznego pomiaru spinu elektronowego w tym właśnie materiale.
Zebrane w toku ostatnich analiz informacje powinny doprowadzić do kluczowych postępów w zakresie rozwoju technologii kwantowych. Mówi się o praktycznych korzyściach, które mogłyby znaleźć zastosowanie w dziedzinach takich jak odnawialne źródła energii, produkcja elektroniki, biomedycyna czy projektowanie komputerów kwantowych.
Przedstawciele uczelni w Stanach Zjednoczonych, Niemczech, Wielkiej Brytanii oraz Włoszech wykorzystali akcelerator cząstek (i emitowane przez niego światło) oraz modele symulujące zachowania materii do wykonania pomiaru spinu elektronów. Jak wyjaśnia Domenico Di Sante z Uniwersytetu Bolońskiego, na zachowanie elektronów w materiałach wpływają właściwości kwantowe warunkujące ich wirowanie w materii. Na podobnej zasadzie na trajektorię światła przemierzającego wszechświat rzutują napotkane po drodze obiekty, takie jak gwiazdy, ich gromady czy czarne dziury.
Pomiar spinu elektronu dokonany przez międzynarodowy zespół powinien mieć przełożenie na projektowanie komputerów kwantowych czy rozwój odnawialnych źródeł energii
Przepis na sukces okazał się leżeć w zjawisku zwanym dichroizmem kołowym. W jego ramach światło spolaryzowane kołowo prawoskrętnie i lewoskrętnie może być różnie absorbowane w zależności od substancji. Mówiąc dokładniej, takie podejście opiera się na zdolności materiałów do pochłaniania światła w różny sposób w oparciu o ich polaryzację. W przypadku prowadzonych badań ich autorzy postanowili skupić się na wspomnianych metalach kagome.
Czytaj też: Stworzyli nowy stan skupienia materii. Teraz zamierzają to wykorzystać
Uzyskane w toku eksperymentów rezultaty, jak wyjaśnia Di Sante, były możliwe dzięki synergii między praktyką eksperymentalną a analizą teoretyczną. Najpierw przeprowadzone zostały zaawansowane symulacje kwantowe, napędzane za sprawą wydajnych superkomputerów, a później możliwe stało się eksperymentalne zmierzenie dichroizmu kołowego. Teraz czas na zapewnienie praktycznych korzyści, które będą stanowiły pokłosie przeprowadzonych eksperymentów.
