Sol panel şarj sürecinin bir taslağını gösterir: delta parametresi zamanla δ_0’dan δ_0+δ_1’e değişir ve sonra δ_0’a döner, komşu spinler arasındaki etkileşimlerin gücünü değiştirir. Pil, dimerizasyon parametresi değiştiğinde [0,τ] zaman aralığında şarj olur. Sağ panel QB’de depolanan enerjinin zaman içindeki grafiğini gösterir. Bu grafikten, makalede tartışıldığı gibi, şarj sürecinin durdurulabileceği üç ayrı bölge belirleyebiliriz. Kaynak: Grazi et al.
Physical Review Letters’da yayımlanan son bir makalede, Genova Üniversitesi’ndeki bir araştırma grubu, parçacıkların spin serbestlik derecelerini kullanarak enerjiyi depolayan ve serbest bırakan yeni bir spin kuantum pili tanıttı. Bu pil, harici bir alana ihtiyaç duymadan benzersiz ve avantajlı bir şekilde şarj ediliyor.
Elektronların, “yukarı” ve “aşağı” olmak üzere iki spin durumuna sahip olduğu bilinir. Süperpozisyon olarak bilinen fenomen, elektronların aynı anda bu her iki durumda da bulunmasına izin verir. Bu özellik, kuantum mekaniğinin yasalarını kullanarak hesaplama yapmak için kullanılır ve belirli görevlerde geleneksel bilgisayarlardan çok daha hızlı bilgisayarların geliştirilmesine olanak sağlar.
Elektrikle kontrol edilen, benzeri görülmemiş uzun ömürlü kalıcı spin polarizasyonu, spintronik ve kuantum bilgi sistemlerinde potansiyel uygulamalar için şarj edilebilir bir spin pil ve yeniden yazılabilir bir spin hafıza sağlayabilir.
Kuantum pili, en basit olası kuantum sistemleri olan iki ½-spinin bir araya getirilmesi olarak görülebilir. İki zincirin elementleri arasındaki etkileşimi uygun şekilde ayarlayarak -örneğin birini diğerine göre değiştirerek- enerjiyi kuantum piline kararlı bir biçimde hapsetmek mümkün hale gelir. En çarpıcı yanı ise, pillerin harici bir alana ihtiyaç duymayan yeni bir mekanizma aracılığıyla şarj edilmesine olanak tanımasıdır.
Malzemeye elektrik akımı uygulanması, spintronik için kullanılabilecek bir elektron “spin polarizasyonu” oluşturur. Genellikle bu polarizasyonu sürdürebilmek için akımın açık kalması gerekir. Ancak Purdue araştırmacılarının yeni bulguları, akım kesildiğinde dahi iki gün boyunca varlığını koruyan, uzun ömürlü bir elektron spin polarizasyonu oluşturmayı başardı. Bu elektron spin polarizasyonu, “spin potansiyometresi” olarak bilinen bir teknikle spin-duyarlı bir voltmetre görevi gören manyetik bir voltaj probu tarafından tespit edilir.
Çalışmaların ana sonuçları arasında, sistemin dahili parametrelerinden birinin zamana bağlı modülasyonuna dayanan spin kuantum piller için alternatif bir şarj protokolünün keşfi ve bu protokolü, cihazı oluşturan çok sayıda elemanın sınırlarında incelenebilmesi öne çıkmaktadır.
Yeni spin kuantum pil tasarımını ve şarj protokolünü bir dizi ilk testte değerlendirildi ve sonuçlar oldukça umut vaat ediciydi. Önerilen şarj yönteminin sağlamlığı, pilin gerçek zamanlı manipülasyonunu sağlamak için yüksek doğruluk gerektirmemesi ile dikkat çekti.
Şu anda sıcaklık ve uzun menzilli etkileşimler gibi faktörlerin ve makalenin sonunda kısaca tartışılan Ising modelini de içeren büyük bir kuantum pil sınıfının şarj sürecini nasıl etkileyeceğinin araştırıldığını söyleyen bilim insanları, birincil hedeflerinin kuantum pillerinin çok çeşitli sistemlere uygulanabilecek genel bir çerçevesini belirlemek olduğunu söyledi.
Gelecekte, bu çalışma yüksek performanslı ve kararlı yeni katı hal kuantum pillerinin geliştirilmesinin önünü açabilir.
Çeviren: Emine Elif Pekduru
Redaktör: Saim Egemen Yücel
Bilimsel Redaktör: Cumali Yaşar
Kaynaklar
- https://phys.org/news/2024-11-quantum-battery-external-field.html
- https://www.purdue.edu/newsroom/archive/releases/2017/Q2/rechargeable-spin-battery-promising-for-spintronics-and-quantum-computing.html
