Önmagát töltő számítógépek és sugárzásálló technológia?
Az UC Irvine kutatóinak munkája során új kvantumanyag jött létre, amely forradalmasíthatja az űrutazás jövőjét
Új anyagi fázist hoztak létre, amely ellenáll a kozmikus sugárzásnak
A Kaliforniai Egyetem (UC Irvine) kutatói történelmi jelentőségű felfedezést tettek: sikerült létrehozniuk és megmérniük egy eddig csak elméletben létező kvantumanyag-állapotot. A kutatók szerint ez az új fázis lehetővé teheti olyan számítógépek megalkotását, amelyek önmagukat töltik, nem igényelnek hagyományos energiaforrást, és képesek ellenállni a világűr veszélyes sugárzásának. A felfedezést a Physical Review Letters tudományos folyóiratban publikálták.
„Ez egy új anyagfázis, ahogy a víz is lehet jég, folyadék vagy pára” – mondta Luis A. Jauregui, az UC Irvine fizika és csillagászat professzora, a tanulmány vezető szerzője. „Eddig csak elméleti előrejelzések voltak róla, senki nem tudta közvetlenül megmérni – mostanáig.”
Folyékony kvantumállapot: elektronok és „lyukak” újfajta tánca
A különleges kvantumállapotot excitonnak nevezett kvázirészecskék alkotják. Ezek elektronokból és azok ellentétpárjaiból – úgynevezett lyukakból – állnak, amelyek spontán módon párosodnak. A fázis különlegessége, hogy ezek az elektron-lyuk párok nem ellentétes, hanem azonos irányba forgó spinnel rendelkeznek, így új, „folyékony” jellegű kvantumrendszert hoznak létre.
„Ez valami teljesen új – ha kézbe vehetnénk, ragyogó, magas frekvenciájú fényt bocsátana ki” – magyarázta Jauregui.
70 teslás mágneses tér kellett a létrehozásához
Az új állapot egy UC Irvine laborjában előállított különleges anyagban – hafnium-penta-telluridban – jött létre. A méréshez és az anyag kvantumállapotának kiváltásához a kutatók az új-mexikói Los Alamos Nemzeti Laboratóriumban extrém erősségű, 70 teslás mágneses mezőt alkalmaztak.
Összehasonlításképpen: egy erős hűtőmágnes csupán 0,1 teslás mezőt produkál.
„Ahogy a mágneses mezőt alkalmaztuk, az anyag elektromos vezetőképessége hirtelen lezuhant – ez volt az a pont, ahol az anyag átalakult ebbe az egzotikus állapotba” – magyarázta Jauregui. Ez azt jelenti, hogy a jövőben az elektromos töltés helyett a részecskék spinje viheti át a jeleket, ami alapja lehet az energiahatékony spintronikai eszközöknek és kvantumtechnológiáknak.
Sugárzásálló kvantumanyag az űrkutatás szolgálatában
A legizgalmasabb tulajdonság azonban nemcsak az energiahatékonyság, hanem az, hogy az anyag nem érzékeny semmilyen típusú sugárzásra. Ez különösen fontos az űrkutatás és a hosszú távú űrutazás szempontjából, ahol a kozmikus sugárzás komoly kockázatot jelent a jelenlegi számítógépes rendszerekre.
„Ez az anyag hasznos lehet űrmissziókhoz. Ha azt akarjuk, hogy a számítógépek sokáig működjenek az űrben, ez lehet az egyik megoldás” – mondta Jauregui. Az olyan cégek, mint a SpaceX, már emberek Marsra juttatásán dolgoznak, ehhez pedig olyan számítógépes rendszerekre van szükség, amelyek hosszú távon is ellenállnak a sugárzásnak.
Kik állnak a felfedezés mögött?
A kvantumanyag szintézisét és jellemzését Jinyu Liu, Jauregui posztdoktori kutatója végezte, akinek munkáját PhD-hallgatók (Robert Welser, Timothy McSorley) és egyetemi hallgató (Triet Ho) is segítették. A kísérleti méréseket Laurel Winter, Michael T. Pettes (Los Alamos), valamint David Graf (Floridai Nemzeti Nagymágneses Mező Laboratórium) támogatták. Az elméleti modellezést Shizeng Lin, Varsha Subramanyan és Avadh Saxena végezték.
Egy kampány, amely a jövőt építi
A felfedezés is része az UC Irvine „Brilliant Future” kampányának, amely célul tűzte ki, hogy 75 000 öregdiákot mozgósítson és 2 milliárd dolláros támogatást gyűjtsön kutatásra, egészségügyre és hallgatói jólétre. A Természettudományi Kar kulcsszereplője a kezdeményezésnek.
A Kaliforniai Egyetem, Irvine – innováció, kutatás, kiválóság
Az 1965-ben alapított UC Irvine az Egyesült Államok tíz legjobb állami egyeteme között van, öten kaptak közülük Nobel-díjat. Több mint 36 000 diák tanul az egyetemen, amely 224 képzési programot kínál, és évente 8 milliárd dollárral járul hozzá Kalifornia gazdaságához. A kampusz egyik különlegessége a kabalaállat: a hangyászsün.
A most felfedezett kvantumanyag még csak laboratóriumokban létezik, de már most kirajzolódik, hogy a sugárzásnak ellenálló, önmagát töltő eszközök nem sci-fi álomként, hanem kutatási realitásként kerülhetnek közelebb hozzánk – sőt, talán már a Mars felé is.
Forrás: UCE Irvine
