Fizikçiler 60 yıldan uzun süredir makroskopik kuantum tutarlılığına giden bir katı hal yolu arıyor: elektron ve boşluk çiftlerinden oluşan eksitonlardan inşa edilmiş bir Bose-Einstein yoğunlaşması (BEY). Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı liderliğindeki bir ekip bunu şimdi atom kalınlığında bir yarıiletken aygıtta başardı ve yoğunlaşmanın manyetik alanla değiştirilebilen gizli bir iç yapı barındırdığını gösterdi.
Nature dergisinde yayımlanan bulgular, yaklaşık 2 Kelvin'e kadar sıcaklıklarda varlığını sürdüren ayarlanabilir bir eksiton BEY'sini tanımlıyor — hâlâ aşırı soğuk, ancak aşırı soğuk atom gazlarındaki önceki BEY gösterimlerinden milyonlarca kat daha sıcak. Temel numara: araştırmacılar eksitonları kısa ömürlü uyarılmış durumlar olarak yaratmak yerine 2D yarıiletken aygıtın taban durumuna yerleştirerek dengeye ulaşmalarını ve yoğunlaşma olarak hayatta kalmalarını sağladı.
Kriyojenik manyeto-optik spektroskopi kullanan ekip, eksiton sıvısının tek türlü bir kuantum durumu olmadığını buldu. Atom kalınlığındaki kristallerde elektronlar ve boşluklar spin ve "vadi" serbestlik dereceleri taşır; bu da yoğunlaşmaya küçük bir manyetik alan uygulanarak değiştirilebilen çok sayıda farklı faz — yukarı-yukarı, aşağı-aşağı, yukarı-aşağı veya aşağı-yukarı — kazandırır.
"Heyecan verici olan şey bunun basit bir yoğunlaşma olmaması," dedi ilk yazarlardan Ruishi Qi. "Kontrol edebildiğimiz iç yapıları var. Küçük bir manyetik alan uygulayarak aynı eksiton sıvısını farklı kuantum durumları arasında değiştirebiliyoruz."
Temel öneminin ötesinde bu ilerleme, kuantum sıvılarını incelemek için yeni bir katı hal platformu oluşturuyor; kuantum bilgi bilimi, kuantum simülasyonları, tutarlı optoelektronik ve daha hızlı, daha verimli hesaplama için gelecekteki eksiton tabanlı aygıtlar açısından uzun vadeli sonuçlar doğuruyor. Ekip bundan sonra eksiton BEY'si üzerine kurulu süperakışkan tabanlı kuantum aygıtlar ve devreler göstermeyi umuyor.
