Bitta atom hamma narsani o'zgartirdi

Tasavvur qiling: Siz qo'lingizda deyarli ikki o'lchamli darajada yupqa materialni ushlab turibsiz va uning ichida kichik kvant girdoblari aylanib yuribdi. Endi tasavvur qiling, siz o'sha girdoblarni xuddi orkestrni boshqaruvchi dirijyor kabi boshqarishingiz mumkin — shunchaki deyarli mavjud bo'lmagan sirt yordamida.

Yaponiya Materiallar ilmi milliy instituti tadqiqotchilari aynan shuni kashf etishdi va rostini aytsam? Shunchalik kichik narsaning shunchalik katta ta'sirga ega bo'lishi mening ichimdagi ilm-fan ishqibozini hayajonga soladi.

Girdoblarning ahamiyati nimada?

Keling, bir oz orqaga qaytamiz. Superпроводniklar — bu elektr tokini deyarli nolga teng qarshilik bilan o'tkaza oladigan ajoyib materiallardir — issiqliksiz, energiya isrofisiz, hech narsasiz. Qiyinchiligi nimada? Ular faqat o'ta sovuq, odatda koinotdan ham sovuqroq haroratda ishlaydi. Ammo ular ishlay boshlaganda, haqiqiy sehrdekdir.

Mana shu yerda ish qiyinlashadi. Hatto superпроводniklarda ham kvant girdoblari deb ataladigan kichik "bezovtalar" mavjud. Ular magnit maydonlari material ichidan o'tgan joyda paydo bo'ladi va ular harakatlana boshlaganda, haqiqiy qarshilik hosil qiladi — bu esa superпроводniklarning o'ziga xosligini yo'qqa chiqaradi.

Bu xuddi har gal g'ildiraklar orasiga tayoqcha qo'yadigan "gremlinlar" bor mashinaga o'xshaydi.

Hech kim kutmagan atom darajasidagi qadamlar

Takashi Uchihashi boshchiligidagi tadqiqot guruhi o'ta yupqa superпроводnikni o'rganayotgan edi — biz deyarli uch o'lchamli bo'lmaydigan darajadagi yupqa material haqida gap ketyapti. Ular material sirtida har biri atigi bir atom balandligidagi kichik qadamlar borligini payqab qolishdi.

Endi, siz bir atomli qadam unchalik muhim emas deb o'ylashingiz mumkin. Ammo ma'lum bo'lishicha, bu kichik qadamlar mikroskopik temir yo'llari vazifasini o'taydi.

Guruh girdoblarning bu qadamlar bo'ylab perpendikulyar yo'nalishga qaraganda 1000 martadan ko'proq osonroq harakatlanishini aniqladi. Kvant dunyosida bu shunchaki "yaxshi o'sish" emas — bu xuddi tirbandlikda suzib o'tishdan bo'sh magistralda uchishga o'tishdek gap.

Nazorat qilib bo'lmaydigan narsani boshqarish

Lekin meni ushbu tadqiqotda haqiqatda hayajonda qoldirgan narsa shundaki, olimlar ushbu effektni sozlashlari mumkin.

Haroratni yoki magnit maydonining kuchini o'zgartirish orqali, ular girdoblarning ushbu atom yo'llari bo'ylab qanchalik kuchli ergashishini o'zgartira oladilar. Hatto shunday ideal nuqta ham borki — 0,10 dan 0,20 teslaga qadar bo'lgan magnit maydoni — bu yerda girdoblar materialdagi nuqsonlarga tiqilib qolmasdan, qadamlar bo'ylab erkin oqadi.

Eng sovuq haroratlarda esa yanada g'ayritabiiy hodisa yuz berdi. Girdoblar kvant tunneli orqali harakatlana boshladi, bu esa asosan zarrachalar qoidalarga e'tibor bermay, ularni to'xtatishi kerak bo'lgan to'siqlardan o'tib ketishidir.

Nima uchun bu sizni qiziqtirishi kerak?

Mana barcha ushbu kvant g'aroyibligining amaliy tomoni.

Superпроводnik texnologiyalari allaqachon MRT apparatlari, zarrachalar tezlatkichlari va magnitlar ustida suzuvchi ba'zi eksperimental poyezdlarda ishlatilmoqda. Ammo tasavvur qiling, agar biz ushbu texnologiyalarni yanada samaraliroq, ishonchliroq va balki — shunchaki balki — kundalik elektronika uchun amaliy qilganimizda nima bo'lardi?

Sizning telefoningiz, noutbukingiz, ulkan miqdordagi energiya iste'mol qiluvchi ma'lumotlar markazlari — bularning barchasi nazariy jihatdan superпроводnik komponentlardan foyda olishi mumkin. Biz deyarli issiqlik chiqarmaydigan va energiya iste'mol qilmasdan, uni "sip" qilib (kam miqdorda) ishlatadigan qurilmalar haqida gap ketyapti.

Ushbu tadqiqot shuni ko'rsatadiki, biz kelajakda to'g'ri atomli arxitekturaga ega sirtlarni loyihalashtirish orqali o'sha bezovta girdoblarni boshqarishimiz mumkin bo'ladi. Hech qanday murakkab muhandislik shart emas — shunchaki atomlarga ishni bajarishga ruxsat bering.

Hammasi kichik narsalardan boshlanadi

Men bunday hikoyalarni yaxshi ko'raman, chunki ular bizga ko'z bilan ko'ra olmaydigan miqyoslarda qanchalik ajoyib narsalar sodir bo'layotganini eslatib turadi. Bitta atom. Bitta kichik qadam. Va to'satdan, bizda kvant dunyosini jilovlashning yangi imkoniyati paydo bo'ldi.

Ilm-fan ba'zan faqat kattaroq narsalarni qurish — kuchliroq teleskoplar, kattaroq kollayderlar, yirik tajribalar haqida deb tuyuladi. Ammo bu yerda, burilish nuqtasi nihoyatda kichik narsaga e'tibor qaratishdan kelib chiqdi.

Keyingi safar kimdir sizga o'lchamning ahamiyati yo'qligini aytganida, siz ularni ushbu tadqiqotga yo'naltirishingiz mumkin. Kvant dunyosida bitta atom barqaror kelajakning kaliti bo'lishi mumkin.