14 Kasım'da Physical Review Letters dergisinde yayımlanan teorik çalışmaları, bilim insanlarının bu kuantum parçacıklarının çeşitli özelliklerini hesaplamalarına ve anlamalarına olanak sağlıyor. Bu keşif, kuantum bilişim, fotovoltaik cihazlar ve yapay fotosentez gibi alanlarda yeni olasılıkların kapılarını açabilir.
Işığın kuantum davranışı, 100 yılı aşkın süredir yapılan deneylerle hem dalga hem de parçacık formunda var olabileceği kanıtlanmıştı. Ancak fotonların nasıl yaratıldığı ve yayıldığı, ya da zaman ve mekânda nasıl değiştikleri hakkında temel anlayışımız hala sınırlıdır.
Birmingham Üniversitesi'nden araştırma görevlisi Ben Yuen, "Bu süreçleri anlayarak, kuantum yönünü kullanmak istiyoruz. Işık ve maddeler bu seviyede nasıl etkileşir?" dedi.
Işığın doğası gereği, bu sorunun cevabı neredeyse sınırsız olasılığa sahiptir. Yuen, "Bir fotonu, elektromanyetik bir alanın temel uyarımı olarak düşünebiliriz" dedi ve bu alanların farklı frekanslardan oluşan bir sürekli olduğunu açıkladı. "Bu sürekliliği küçük parçalara ayırabilirsiniz ve iki nokta arasında hâlâ sonsuz sayıda olası nokta seçebilirsiniz" diye ekledi.
Fotonun özellikleri, çevresinin özelliklerine büyük ölçüde bağlıdır, bu da oldukça karmaşık matematiksel hesaplamalara yol açar. Yuen, "İlk bakışta, cevaba ulaşmak için sonsuz sayıda denklem yazmamız ve çözmemiz gerekirdi" dedi.
Bu zorlu görevi aşmak için Yuen ve birlikte çalıştığı Angela Demetriadou, Birmingham Üniversitesi'nde teorik nanofotonik profesörü, denklemleri basitleştirmek için matematiksel bir hile kullandılar.
İmgesel sayılar, karmaşık denklemleri çözmekte güçlü bir araçtır. Bu imgesel bileşenleri manipüle ederek, denklemlerdeki zorlu terimler birbirini iptal eder. Tüm imgesel sayılar gerçek sayılara dönüştürüldüğünde, hesaplama çok daha yönetilebilir hale gelir.
Yuen, "Gerçek frekansların sürekli setini, karmaşık frekanslardan oluşan ayrık bir set haline dönüştürdük. Bunu yaparak, denklemleri sürekli bir yapıdan, yönetilebilen bir ayrık set haline getirdik. Bunları bilgisayara yükleyip çözebiliyoruz" dedi.
Bu yeni hesaplamalarla, bir nanomalzemenin yüzeyinden yayılan fotonun özelliklerini modellediler ve fotonun kaynağından nasıl yayıldığını tanımladılar. Elde ettikleri sonuçlarla, daha önce fizik dünyasında görülmemiş, limon şeklinde bir foton görüntüsü oluşturdular.
Yuen, ancak bu görüntünün sadece bu özel koşullarda oluşturulan bir foton şekli olduğunu vurguladı. "Şekil, çevreye bağlı olarak tamamen değişir," dedi ve ekledi: "Nanofotoniklerin amacı da budur, çevreyi şekillendirerek fotonun kendisini şekillendirebiliriz."
Bu hesaplamalar, fotonun özelliklerine dair temel bir anlayış sağlıyor ve Yuen, bunun fizikçiler, kimyagerler ve biyologlar için yeni araştırma alanlarını açacağına inanıyor. "Optoelektronik cihazlar, fotokimya, ışık toplama, fotovoltaikler, fotosentez anlayışı, biyosensörler ve kuantum iletişimi üzerine düşünülebilir" dedi. "Ve bilinmeyen birçok uygulama olacak. Bu tür temel teorilerle, diğer alanlarda yeni olasılıkları açığa çıkarırsınız."
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder