Elektronlar, genelde küçük toplar şeklinde hayal edilse de, kuantum dünyasında aslında daha çok dalgalar olarak tanımlanır. Fizikçiler, elektronların belirli bir yerde ve belirli özelliklerde bulunma olasılıklarını modellemek için matematiksel dalga fonksiyonları kullanarak bu dalgaların özelliklerini açıklamaya çalışır. Bu dalga fonksiyonları, elektronların dalga benzeri doğasını geometrik bir biçimde ifade eder. Bazı geometriler, basit eğriler şeklinde yorumlanırken, diğerleri Möbius şeridi veya Klein şişesi gibi karmaşık yapıların temsilini yapabilir.
Araştırma grubu, “kuantum geometrik tensör” (QGT) adı verilen bir özelliği ölçmek için yenilikçi bir teknik geliştirmiştir. QGT, bir kuantum durumunun geometrik bilgilerini kodlayan fiziksel bir nicelik olarak tanımlanır. Bu özelliğin ölçümü, kuantum mekaniğinin bir takım derin kavramlarını anlamaya yönelik önemli bir adım oluşturur.
Araştırmacılar, QGT ölçümlerini yapmak için “açıya duyarlı fotoemisyon spektroskopisi” adı verilen bir teknik kullanmıştır. Bu yöntemle, bir malzeme üzerine fotonlar gönderilerek elektronların yüzeyden kopma işlemi gerçekleştirilmiş ve polarizasyon, spin ve açı gibi çeşitli özellikleri ölçme imkanı sağlanmıştır.
ÇALIMANIN ODAK NOKTASI: ‘KAGOME METAL’
Deneyler, kobalt-kalay alaşımından yapılmış tek kristaller üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu malzeme, kendine has kuantum özellikleri ile bilinen bir “kagome metali” olarak tanımlanmaktadır. Araştırma ekibi, bu malzeme üzerinde QGT ölçümlerini tamamlayıp elde ettikleri verileri, teorik olarak tahmin edilen kuantum geometri ile karşılaştırarak doğrulamışlardır.
Araştırmacıların tespitlerine göre, geliştirilen teknik yalnızca kobalt-kalay alaşımı ile sınırlı kalmayıp, birçok farklı katı malzemeye de uygulanabilirlik göstermektedir. Bu durum, farklı malzemelerde süperiletkenlik gibi genellikle gözlemlenemeyen özelliklerin keşfedilmesine kapı aralayabilir.
MIT fizikçisi Riccardo Comin, “Bu çalışmayla daha önce elde edilemeyen bilgileri elde etmek için bir yol haritası geliştirdik” diyerek, bu keşfin önemine dikkat çekmiştir. Kuantum mekaniğinin geometrik yorumları, yoğun madde fiziğinde pek çok yeni gelişmeye zemin hazırlamaktadır. Yeni metodolojinin, yenilikçi kuantum fenomenlerini anlamak amacıyla daha fazla deneysel araştırmayı teşvik edeceği öngörülmektedir.
