Fizikçiler, kuantum teknolojilerine yol açabilecek “okzupolar” manyetizmi tespit etti

Toronto Üniversitesi’nden önderlik ettiği ekip, ışığı kullanarak elektronların spin hareketi sırasında ortaya çıkan atomik titreşimleri inceledi ve sıradan yöntemlerle gözlemlenemeyen “okzupolar” adını taşıyan gizli bir manyetizm durumunu ortaya çıkardı. Araştırmacılar, bu yeni gözlem yönteminin, ilerde veri depolama ve hesaplama gibi alanlarda kullanılabilmesi için kritik bir ilk adım olduğunu belirtiyor. Çalışma, Toronto Üniversitesi Fizik ve Kuantum Bilgisi & Kuantum Kontrol Merkezi’nden Profesör Arun Paramekanti önderliğinde yürütüldü ve Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.

Çoğu mıknatıs bilinen bir düzen olan “dipol” adı verilen iki kutba sahiptir: kuzey ve güney ya da pozitif ve negatif. Ancak araştırmacılar, daha karmaşık manyetizm biçimlerini giderek daha sık keşfediyor. Kuantum mekaniğindeki son gelişmeler, daha yüksek dereceli manyetizm biçimlerini ortaya koydu; bunlardan biri olan “okzupolar düzen”, malzemenin içinde kristal yapıda dizilen parçacıkların, bilinen iki yerine sekiz manyetik kutba sahipmiş gibi davrandığı bir durumu tanımlıyor. Bu nadir manyetik durumları gözlemlemek ve kontrol etmek ise önemli zorluklar içeriyor.

Gizli manyetik düzeni atomik titreşimler açığa çıkarıyor

Araştırmacılar, kristal yapıdaki bir malzemeye ışık tutmanın ve onun atomik yapısındaki küçük titreşimleri uyandırmanın, sıradan yöntemlerle görünmeyen manyetik desenleri ortaya çıkardığını keşfetti. Katıların kristal örgüsünden geçen, fotonlar olarak bilinen titreşim enerji paketlerine odaklanan ekip, özellikle kendi ayna görüntüsüyle eşleşmeyen “eliptik fotonları” (chiral phonons) aradı.

Sol el, ayna görüntüsüne sahip olsa bile sağ ele temizce oturmaz; aynı şekilde eliptik fotonlar da bir “el” (handedness) özelliği taşır ve birbirini tamamlayan iki ayrı biçimde var olur. Araştırmacılar, bu el özelliğinin anahtar olduğunu fark etti. Gizli okzupolar manyetik durumların, ışıkla gözlemlenebilen benzersiz bir imza bıraktığını belirleyen ekip, dönen ışığın özel bir türünü manyetik malzemelere yönlendirerek, otherwise görünmany manyetik düzenin net bir optik parmak izini gözlemledi.

Gözlemlenemeyen gizli bir manyetik durum türünün yeni izlerini tespit ettik. Bu durum sıradan prob’larla (ölçüm araçlarıyla) gözlemlenemez.

Arun Paramekanti, Toronto Üniversitesi Fizik Bölümü ve Kuantum Bilgisi & Kuantum Kontrol Merkezi Profesörü, çalışmanın kıdemli yazarı

Araştırmacılar, bu bulgunun günlük bilgisayarlarda bulunan, kontrol edilebilir okuma-yazma bellek elemanları dahil olmak üzere birçok uygulamada yüksek dereceli mıknatısların kullanılmasını mümkün kıldığını vurguladı.

Okzupolar manyetizmi kontrol yönünde ilerleme

Toronto Üniversitesi Fizik Bölümü doktora öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarı Kathleen Hart, bu çalışmaların standart yöntemlerle tespit edilmesi zor olan gizli manyetik düzenlere yeni bir optik ölçüm aracı sunduğunu ve böyle bir okzupolar manyetizmin malzeme içindeki atomik titreşimler aracılığıyla ileride nasıl kontrol edilebileceğine dair bir temel oluşturduğunu söyledi.

Araştırmacılar, okzupolar düzenin belirli foton modlarına belirgin bir el özelliği kazandığını açıkladı. Tokyo Üniversitesi proje araştırma asistanı ve çalışmanın ortak yazarı Swati Chaudhary, “Bu titreşimler sıradan mıknatıslarda bulunanlardan farklı davrandığı için onlara ‘psödoeiptik’ fotonlar diyoruz ve gizli manyetik durumları tanımlamak ve incelemek için yeni bir yol sağlıyorlar,” dedi.

Bu bulgular, daha önce erişilemeyen manyetizm biçimlerini ortaya çıkarmak ve bunlarla oynamak için yeni bir araç sunuyor; bu da kuantum teknolojisi gelişimi için yeni yollar açıyor.

Araştırma, Ruairidh Sutcliffe ve arkadaşları tarafından “Octupolar Magnetic Order from Pseudochiral Phonons” başlığıyla Physical Review Letters dergisinde (2026) yayımlandı. Çalışmanın tam metni arXiv üzerinde erişilebilir.