Profesör Li Chuanfeng liderliğindeki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (USTC) bilim adamları, kuantum fotonik alanında önemli ilerlemeler kaydetti. Düşük boyutlu malzemeleri anlamak için gerekli olan atom zincirleri ve nanotüpler gibi karmaşık yapıları simüle edebilen bir simülatör geliştirdiler.

Kuantum fiziğinin en önemli yönlerinden biri, gerçek sistemlerin dinamiklerini yeniden üretebilen verimli simülatörlerin yaratılmasıdır. Bilgiyi iletmek ve işlemek için ışığı kullanan fotonik sistemler, kuantum simülasyonu için çok yönlü adaylar olarak ortaya çıkmıştır.

Ancak karmaşık yapıları simüle edebilecek frekans ızgaraları oluşturmak önemli bir zorluktur. Frekans ızgaraları, parçacıkların çeşitli ortamlardaki davranışını simüle etmek için kullanılabilir. Ancak bunları çip üzerinde oluşturmak, yüksek düzeyde hassasiyet ve kontrol gerektiren karmaşık bir iştir.

Profesör Li Chuanfeng liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, ince film lityum niyobat kristallerinin kullanımını içeren yenilikçi bir yaklaşım önerdi. Bu kristaller, yüksek hassasiyetle frekans ızgaraları oluşturmayı mümkün kılan yüksek bir elektro-optik katsayıya sahiptir. Araştırmacılar, çip üzerindeki rezonatörü periyodik olarak modüle ederek, kuantum simülasyonu alanında önemli bir ilerleme olan bant yapılarını gözlemleyebildiler.

“İsteğe bağlı bir iletişim aralığına sahip yapıları simüle edebilen bir frekans dizisi oluşturmayı başardık. Bu, atom zincirlerinden nanotüplere kadar çeşitli ortamlardaki parçacıkların davranışlarını incelemek için simülatörümüzü kullanabileceğimiz anlamına geliyor” dedi Profesör Li Chuanfeng.

Bu başarının önemi kuantum fiziği alanıyla sınırlı değildir. Araştırma ekibi tarafından geliştirilen simülatör, parçacıkların farklı ortamlardaki davranışlarını incelemek için kullanılabilir; bu da malzeme bilimi, kimya ve biyoloji gibi alanlarda yeni keşiflere ve yeniliklere yol açabilir.

Araştırma sonuçları fizik alanının önde gelen bilimsel yayınlarından biri olan Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.

Virginia Üniversitesi’ndeki (UVA) araştırmacılar, yeni nesil çiplerde kullanılan metallerin termal iletkenliğini anlamada bir atılım gerçekleştirdi. Nature Communications dergisinde yayınlanan çalışmaları, ince metal filmlerdeki ısı akışını düzenleyen temel bir prensibi doğrulayarak daha hızlı, daha küçük ve daha verimli cihazların kapısını açıyor.

“Cihazlar küçülmeye devam ettikçe ısı yönetiminin önemi daha da artıyor. Bulgularımız, ısının bakır gibi ultra ince metallerden geçme şeklini iyileştirerek ısı transferi sorunlarını azaltmak için bir yol haritası sağlıyor” dedi. Rafikul İslam.

Bakır, mükemmel iletken özelliklerinden dolayı mikroçiplerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak cihazlar nanometre boyutlarına küçüldükçe, en iyi malzemeler bile artan ısı nedeniyle performans düşüşü yaşıyor. Bu sorunu çözmek için UVA ekibi, geleneksel olarak farklı saçılma süreçlerinin elektron akışını nasıl etkilediğini tahmin etmeye yardımcı olan Matthiessen kuralına odaklandı. Kararlı durum termal yansıması (SSTR) olarak bilinen yeni bir teknik kullanan araştırmacılar, Matthiessen kuralının bakır filmler için nano ölçekte bile geçerli olduğunu doğruladılar.

“Bunu bir yol haritası olarak düşünün. Bu kuralın onaylanmasıyla çip tasarımcıları artık küçük bakır filmlerde ısının nasıl davranacağını tahmin etmek ve kontrol etmek için güvenilir bir rehberliğe sahipler” dedi Isam’ın ortak yazarı ve Whitney Stone mühendislik profesörü Patrick E. Hopkins.

Sonuçlar, modern elektroniğin temeli olan yeni nesil yarı iletken teknolojilerinin geliştirilmesinde önemli uygulamalar vaat ediyor. CMOS veya tamamlayıcı metal oksit yarı iletken, bilgisayarlardan telefonlara, otomotivden tıbbi cihazlara kadar her şeyi kontrol eden entegre devreler oluşturmaya yönelik standart teknolojidir.

UVA araştırmacıları, Matthiessen’in kuralını nano ölçekte doğrulayarak, yalnızca daha verimli cihazlara olanak sağlamakla kalmayıp aynı zamanda sektörde etkili bir şekilde enerji tasarrufu sağlama potansiyeline sahip malzemelerin önünü açtı. Her derece sıcaklık kontrolünün önemli olduğu bir alanda, bu fikirler elektronik endüstrisi için büyük önem taşıyor ve daha serin, daha hızlı ve daha dayanıklı cihazların geleceğini daha ulaşılabilir kılıyor.

Uluslararası Göz Araştırmaları Merkezi’ndeki (ICTER) bilim insanları, iki fotonlu görme alanında bir atılım yaparak oftalmik teşhisler ve sanal ve artırılmış gerçeklik (VR/AR) teknolojileri için yeni perspektifler açtı. İki fotonlu görme, insan gözünün aynı anda iki fotonu emerek ultra kısa kızılötesi lazer darbelerini algılayabildiği bir olgudur. Bu işlem, spektrumun görünür aralığının dışında olmasına rağmen kızılötesi ışığın farklı renklerde algılanmasına olanak tanır.

ICTER ekibi, iki fotonlu görsel uyaranların parlaklığını belirlemek için bir yöntem geliştirdi. Daha önce bu yalnızca görünür ışık için mümkündü, ancak artık bilim insanları kızılötesi aralık için iki fotonlu uyaranların parlaklığını fotometrik birimlerle (cd/m^2) ifade edebildiler.

“Bizim yöntemimiz, iki fotonlu uyaranların parlaklığını, algılanan parlaklıkla ilişkili yeni bir fiziksel miktarla ilişkilendirmemize olanak sağladı: iki fotonlu retinal aydınlatma. Bu, bu fenomenin tıbbi teşhis ve artırılmış ve sanal gerçeklik teknolojilerindeki uygulamalarının daha fazla araştırılmasına ve geliştirilmesine kapıyı açıyor,” diye açıklıyor ICTER grubundan yüksek lisans öğrencisi Olivia Kachkos.

Biomedical Optics Express dergisinde yayınlanan çalışma, iki fotonlu bir uyarının parlaklığının, göze zarar vermeyen lazer güç aralığında neredeyse 670 cd/m^2’ye ulaşabileceğini gösterdi. Bu, kızılötesi ışının gücü ile görünür ışının gücü arasındaki oran sayesinde mümkün oldu; bu oran, her ikisinin de aynı parlaklığa sahip olduğu algılanacak şekilde ayarlandı.

“Araştırmamızın amacı, iki fotonlu görme için uyaranların parlaklığını belirlemek için tekrarlanabilir bir yöntem geliştirmekti. Standart yöntemler bunun görünür ışık spektrumunun ötesinde yapılmasına izin vermiyor, ancak araştırmamız bu hedefe ulaşmanın yolunu açıyor” diyor Dr. Katarzyna Komar, Ph.D.

Yeni yaklaşım aynı zamanda iki fotonlu uyaranların parlaklığının, standart tek fotonlu görüşe dayanan geleneksel ekranlarla karşılaştırılmasına da olanak tanıyacak. Bu, artırılmış gerçeklik gözlüklerinde veya iki foton mikroperimetri gibi gelişmiş teşhis araçlarında kullanılabilecek iki fotonlu retina ekranları gibi gelecekteki teknolojilerin geliştirilmesinin anahtarıdır.

“Çalışmamız, önceki araştırmalarla tutarlı olan iki fotonlu görüşün doğrusal olmayan doğasını vurgulamaktadır. 10 cd/m^2’lik bir arka planda alınan ölçümlerin 2 kat tekrarlanabilirliğini belgeledik; bu, gelecekteki teknolojilerin geliştirilmesi için kritik öneme sahiptir,” diye ekliyor Profesör Maciej Wojtkowski.

Çalışma, iki fotonlu görüşün ve bunun tıp ve teknolojideki potansiyel uygulamalarının anlaşılmasında ileriye doğru atılan önemli bir adımı temsil ediyor.