O ile parametry dotyczące elektronów, takie jak energia czy ruch są dobrze poznane, tak znacznie słabiej opisana pozostawała ich geometria kwantowa. Do jej wyznaczania wykorzystuje się narzędzie znane jako kwantowy tensor geometryczny, za sprawą którego można określić, jak stan układu kwantowego zmienia się wraz z odmiennymi temperaturami czy polami magnetycznymi.
Czytaj też: Bezbłędne obliczenia? Nowa bramka kwantowa osiąga wierność wynoszącą 99,9%
Prowadzone w ostatnim czasie badania, zaprezentowane szerzej w Nature Physics, doprowadziły do rozpracowania geometrii kwantowej elektronów w metalu kagome. Być może nawet istotniejszym wnioskiem płynącym z tych wysiłków jest to, że zastosowane podejście powinno okazać się przydatne w kontekście badań poświęconych elektronom występującym w innych materiałach kwantowych.
Poczynione postępy mają zdecydowanie większy niż tylko teoretyczny wymiar, ponieważ opis tego, w jaki sposób elektrony zachowują się w materiale ma przełożenie na jego właściwości. Te obejmują chociażby magnetyzm czy przewodnictwo i nadprzewodnictwo, dlatego gra jest warta świeczki. Wyobraźmy sobie scenariusz, w którym wspomniane nadprzewodnictwo wykazywane przez materiał umożliwia przesyłanie energii bez jakichkolwiek strat, co byłoby rewolucyjne dla całego sektora.
Naukowcy z MIT próbowali zrozumieć, jak wygląda geometria kwantowa elektronów w materiale takim jak metal kagome. Ich dokonania powinny znaleźć zastosowanie również w przypadku innych substancji
Wróćmy jednak do przebiegu eksperymentów. Należy mieć na uwadze fakt, iż elektrony mogą zachowywać się nie tylko jak cząstki, ale i fale. W tym drugim przypadku tworzą wzorce falowe opisywane za pomocą funkcji falowych. Za ich sprawą można przewidywać niektóre właściwości elektronu w danym momencie. Co istotne, w ramach dotychczasowych starań fizycy byli w stanie określać geometrię kwantową funkcji falowych jedynie teoretycznie. A czasami w ogóle nie było takiej możliwości.
Ze względu na ogrom potencjalnych zastosowań, naukowcy ze Stanów Zjednoczonych chcieli zmienić tę niekorzystną sytuację. Wykorzystując spektroskopię fotoemisyjną z rozdzielczością kątową członkowie zespołu badawczego zyskali możliwość określenia zachowania elektronów wewnątrz materiału.
Czytaj też: Winogrona sposobem na kwantową magię. W rezultat tego eksperymentu trudno uwierzyć
Tym ostatnim był wspomniany metal kagome, który został oświetlony wiązką, co doprowadziło do emisji elektronów. W międzyczasie narzędzie stosowane na potrzeby eksperymentu śledziło energię i kierunek elektronów, dzięki czemu można było stworzyć mapę rozmieszczenia elektronów w badanym materiale. W ostatecznym rozrachunku autorzy określili, jak elektrony przemieszczają się przez metal i oddziałują z jego siecią. Mając szereg nowych informacji na ten temat będą mogli poznawać sekrety zarówno tego materiału, jak i wielu innych, potencjalnie rewolucjonizując masę dziedzin codziennego życia.