Şimdiye kadar keşfedilen neredeyse her kuantum malzemesi çalışmadan önce mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara soğutulmak zorunda — sıcak atomların titreşimleri, araştırmacıların kullanmak istediği kırılgan kuantum etkilerini yok ediyor. Louisiana Eyalet Üniversitesi'nden fizikçiler ise artık görevini oda sıcaklığında yapan ilk kuantum malzemesini üretti; sonuç Nature dergisinde yayımlandı.

Doçent Omar S. Magaña-Loaiza öncülüğündeki ekip, doğada bir tane aramak yerine malzemeyi sıfırdan tasarladı. Bir cam çip üzerine ince bir altın film yerleştirdiler ve odaklanmış iyon demetleriyle metale yüzlerce mikroskobik yarık açtılar; her yarık yapay bir atom, yani meta-atom işlevi görüyor. Bu meta-atomlar birlikte "kuantum istatistiksel plazmonik metakristal" oluşturuyor — saç telinden daha ince bir yapı.

Sonuç, gelen ışığın kuantum istatistiklerini okuyan pasif bir optik filtre: güneş ışığı, lazer ışığı ve diğer kaynakların fotonları arasındaki ince, dalgalanan farkları algılıyor ve farklı kuantum durumlarını kristal içinde ayrı yollar boyunca yönlendirerek taşıdıkları bilgiyi koruyor. Bugüne dek bu durumları ayırt etmek karmaşık ekipmanlar, kriyojenik soğutmalı dedektörler ve milyonlarca bireysel ölçüm gerektiriyordu.

"Meta-atomların dağılımını tasarlayarak hangi kuantum istatistiklerinin geçmesine izin verileceğini sistematik olarak belirleyebiliyoruz. Kristalimiz esasen kuantum durumları üzerinde istatistiksel bir filtre görevi görüyor," diyor şu anda NIST'te bulunan yazarlardan Riley B. Dawkins. Malzeme ayrıca "kuantum istatistiksel bantlar" üretiyor — elektriğin yarı iletkenlerde nasıl hareket ettiğini yöneten elektronik bant yapılarının fotonik karşılığı — tasarımcılara hangi durumların değişmeden geçeceğini kontrol etmek için öngörülebilir bir yol sunuyor.

Hantal soğutma gerektirmediği için metakristal, kuantum bilgisayarlarını, güvenli iletişim sistemlerini ve hassas dedektörleri laboratuvar ölçeğindeki aygıtlardan pratik cihazlara dönüştürebilir. Ekibin bir sonraki adımı metakristali güneş hücrelerine gömmek; ışığı kararlı yollar boyunca yönlendirmek enerji kayıplarını önleyebilir ve güneş ışığının elektriğe dönüşen payını artırabilir.

Kaynaklar