Kuantum mekaniği bize yükün temel birimi olan elektronun bölünemez olduğunu söyler. Ancak istisnalar vardır. Paul Scherrer Enstitüsü tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, demir bazlı bir metalik ferromanyette elektronik yükün parçalanmasını spektroskopik olarak gözlemledi. Bu fenomenin deneysel gözlemi sadece temel fizik açısından önemli değil. Bu etki, yaygın metallerin bir alaşımında ve erişilebilir sıcaklıklarda ortaya çıktığı için, gelecekteki elektronik cihazlarda kullanılma potansiyeline sahip. Bu keşif Nature dergisinde yayınlandı.
Kuantum mekaniği bize yükün temel birimi olan elektronun bölünemez olduğunu söyler. Bu, lise fizik dersinde öğrendiğimiz ve doğadaki çoğu malzeme için ezici bir şekilde geçerli olan şeydir. Ancak çok özel maddelerde, elektronlar kendilerini bütünün bir parçasıymış gibi davranan bağımsız varlıklara bölünmüş gibi düzenleyebilirler. Bu olguya “parçalanmış yük” denir ve çok nadirdir. Eğer bu etki kontrol altına alınıp yönlendirilebilirse, daha dayanıklı ve hata toleranslı kuantum bilgisayarlar inşa etmeye yardımcı olabilir.
Yükün parçalanabileceği gerçeği yeni değil. Bu etki, 1980’lerin sonundan beri Düşük Kuantum Hall Etkisi ile deneysel olarak gözlenmiştir. Bu etkide, elektronlar iki boyutlu bir düzlemde sınırlı olduğu bir sistemde, iletkenlik yükün tam birimlerinde değil, kesirli birimlerde kuantize olduğu görülür. Hall Etkisi, voltaj gibi fenomenin makroskopik bir tezahürü aracılığıyla yük parçalanmasının dolaylı bir ölçüsünü sağlar. Bu nedenle, kesirli yüklerin mikroskopik davranışını (dinamiklerini) ortaya çıkarmaz.
İsviçre ve Çin’deki kurumlar arasındaki işbirliği yapan araştırma ekibi, şimdi bu dinamikleri, bir lazerle aydınlatıldığında bir ferromanyetten yayılan elektronların spektroskopisini yaparak ortaya çıkardı.
Elektronları tuhaf davranışlara zorlamak
Yükleri parçalamak için, elektronları normal kuralları takip etmeyi bıraktıkları tuhaf bir yere götürmeniz gerekir. Geleneksel metallerde, elektronlar genellikle malzeme içinde hareket eder, birbirlerini arada bir çarpmalar dışında genellikle görmezden gelirler. Farklı enerjilere sahiptirler. Bulundukları enerji seviyeleri “dağılımlı bantlar” olarak tanımlanır, burada elektronların kinetik enerjisi momentlerine bağlıdır. Bazı malzemelerde, belirli aşırı koşullar elektronları etkileşime girmeye ve kolektif olarak davranmaya zorlayabilir. Düz bantlar, elektronların aynı enerji durumunda yattığı, yani neredeyse sonsuz etkin kütlelere sahip oldukları malzemenin elektronik yapısındaki bölgelerdir.
