Avustralya’da bulunan New South Wales Üniversitesi’nden (UNSW) bilim insanları tek bir atomun çekirdeğini elektrik alanlar kullanarak kontrol etmeyi başardılar. Bilim insanları, keşiflerinin kuantum bilgisayarların gelişimini değiştirebileceğini söylüyorlar.
Herhangi bir salınım manyetik alanına ihtiyaç duymadan bir atomun spinlerinin kullanılması uygulama alanlarında çok geniş sonuçlar sunabilir. Büyük bobin ve yüksek akımlarla oluşturulan manyetik alanların bugün geniş bir uygulama alanı var. Ancak bu teknoloji büyük alanlara ihtiyaç duyuyor. Elektrik alanları ise tek bir elektrotun uçlarında üretilebilir. Bu elektrik alanların atom çekirdeklerinin kontrolünde kullanılması nanoelektrik cihazlara yerleştirilen atomların kontrolünü çok daha kolay hala getirecektir.
UNSW’de profesör olan Andrea Morello, keşiflerinin tıp, kimya ve madencilik gibi farklı alanlarda yaygın olarak kullanılan nükleer manyetik rezonansın yerini alabileceğini söylüyor. Morello, nükleer dönüşleri manyetik ve elektrik alanlarla kontrol etmek arasındaki farkı açıklamak için bilardo masası örneğini veriyor. Morello, “Manyetik rezonans yapmak, tüm masayı kaldırıp, sallayarak bilardo masasında bulunan bir topu hareket ettirmeye çalışmak gibidir. Topu hareket ettirmeyi amaçlıyoruz. Ama diğer her şeyi topla beraber hareket ettiriyoruz. Elektrik rezonans atılımında ise istediğimiz topa vurmak için bilardo sopasını hareket ettireceğiz” dedi.
Andrea Morello ve ekibi, farkında olmadan 1961 yılında Nobel Laureate ve Nicolaas Bloembergen tarafından ortaya atılan nükleer dönüşlerin elektrik alanlarla kontrol edilmesinin bir yolunu bulma konusundaki sorunlarını çözmüş oldular.
Morello, “Hayatımın 20 yılı boyunca spin rezonansı üzerinde çalıştım. Ama dürüst olmak gerekirse nükleer rezonans fikrini hiç duymamıştım. Bu etkiyi bir kaza ile ‘yeniden keşfettik’” dedi. Morello ve ekibi tarafından nükleer elektrik rezonans keşfi yapılmadan önce bu teori, neredeyse unutulmuştu.
Araştırmacılar, büyük bir nükleer dönüşe sahip olan antimonu kullanarak nükleer manyetik rezonans yapmak istediler. Bilim insanları bunu yaparak kuantum dünya ile klasik dünya arasındaki sınırı keşfetmek istiyorlardı. Ancak deneme yapmaya başladıktan sonra bir şeylerin yanlış olduğu fark edildi. Antimonun çekirdeği belirli frekanslarda cevap vermedi. Diğer frekanslarda ise güçlü tepkiler verdi. Araştırmacılar, bunun manyetik rezonans oluşturmak yerine elektrik rezonansı olduğunu fark ettiler.
Daha sonra atomun çekirdeğini kontrol etmek için yüksek frekanslı bir manyetik alan oluşturmak üzere optimize edilmiş bir antimon atomu ve özel bir antenden oluşan bir cihaz ürettiler. Antene yüksek güç uygulandığında atom çekirdeğinin hareket ettiği anlaşıldı.
Atom çekirdeğini elektrik alanla kontrol etmeyi başaran bilim insanları, elektrik alanın çekirdeğin dönüşünü tam olarak nasıl etkilediğini anlamak için bir bilgisayar modeli kullandılar. Oluşturulan bilgisayar modelinde elektrik alanı çekirdeğin etrafındaki atomik bağları bozarak çekirdeğin yeniden yönlendirilmesine neden oldu.
Nükleer elektrik alanı ile atom çekirdeğini kontrol etmeyi başaran bilim insanları, keşiflerinin uygulama alanında büyük bir ufuk açacağını düşünüyor. Keşif, bundan sonra kuantum bilgisayarların geliştirilmesiyle beraber yüksek hassasiyete sahip elektromanyetik alan sensörlerinin oluşturulmasında kullanılabilir.
