Maailman kvanttipäivä: keskustelussa kvanttifysiikon Leni Basconesin kanssa

Leni Bascones on fyysikko, joka tutkii kvanttimateriaaleja, keskittyen vahvasti korreloituviin elektronijärjestelmiin ja epätavanomaisiin suprajohtimiin. Hän on myös vieraileva päätoimittaja Fokus-numerossa Journal of Physics: Materiaalit, "Naisten näkökulmat kvanttimateriaaliin”, ja on ollut julkaisun toinen toimittaja Europhysics Letters kolmeksi vuodeksi – molemmat ovat julkaisemia aikakauslehtiä IOP-julkaisu, joka myös tuottaa Fysiikan maailma.

Mikä oli reittisi kvanttifysiikkaan?

En ollut joku, joka tiesi lapsena haluavansa tiedemieheksi, koska he pitivät siitä, miten maailma toimii. Itse asiassa, kun olin teini, suunnitelmani oli olla muotisuunnittelija. Vaikka minun piti päättää, mitä haluan opiskella yliopistossa, en ollut varma, opiskelenko fysiikkaa vai historiaa. Lopulta valitsin fysiikan kiinnostukseni astrofysiikkaan.

Se oli vasta kolmatta vuotta perustutkinto-opinnoissani [osoitteessa Autonominen yliopisto Madrid], kun kävin kvanttimekaniikan kurssilla, tajusin, että tämä oli aihe, josta olin eniten kiinnostunut. Se kiehtoi minua. Aluksi opiskelin hiukkasfysiikkaa ja seurasin kursseja siitä, koska se liittyy läheisesti kvanttifysiikkaan. Mutta kun minun piti sitoutua tohtorintutkintoni aiheeseen, päätin keskittyä kvanttimateriaaleihin ja -laitteisiin, ja tähän päivään asti olen erittäin tyytyväinen valintaani.

Mikä sinua kiihottaa eniten kvanttifysiikassa?

Minusta kvanttijärjestelmien käyttäytyminen on kiehtovaa. On monia mielenkiintoisia ilmiöitä, joita emme vielä ymmärrä, ja monia yllätyksiä ilmaantuu jatkuvasti. Tällä hetkellä meillä on mahdollisuus suunnitella laitteita ja kvanttimateriaaleja. Vaikka en työskentele suoraan sovellusten parissa, katson kvanttifysiikan potentiaalin erittäin jännittävänä, kun ajattelen sen konkreettisia vaikutuksia maailmassa, kuten digitaaliteknologiaa, ilmastonmuutosta, lääketiedettä ja liikennettä.

Minkä todellisen ongelman toivot ratkaisevasi tutkimuksellasi?

Tutkimukseni keskittyy vahvoihin elektronisiin korrelaatioihin ja suprajohtavuuteen. Työskentelen parhaillaan 2D-moiré-heterorakenteiden, kuten kierretyn kaksikerroksisen grafeenin, parissa, jossa kaksi hiilikerrosta on peitetty suhteellisella kierteellä.

Tyypillisesti materiaaleilla on vastus sähkövirran virtaukselle, ja tämän voittamiseksi kuluu paljon energiaa. Mutta joissakin materiaaleissa tämä vastus häviää alle tietyn lämpötilan – yleensä erittäin alhaisissa lämpötiloissa – ja sähkövirta voi virrata menettämättä energiaa. Resistanssin häviäminen on yksi suprajohtavuuden ominaisuus, mikä tapahtuu, koska elektronit siirtyvät yhteistoimintatilaan, jossa ne liittyvät pareittain. Tämä on yllättävää, koska elektronit ovat varautuneita hiukkasia ja hylkivät toisiaan.

Suprajohtavuudella on monia sovelluksia rakennusmoottoreista, antureista ja junista lääketieteelliseen kuvantamiseen ja kvanttilaskentaan sekä voimakkaiden magneettien luomiseen tai sähkövirtojen johtamiseen ja keräämiseen ilman energiakustannuksia.

Tietyntyyppisissä suprajohteissa suprajohtavuus syntyy elektronien ja atomihilan välisten vuorovaikutusten vuoksi. Mutta tämä selitys ei toimi niin kutsutuissa "epätavanomaisissa suprajohteissa", jotka monissa tapauksissa suprajohtavat korkeammissa lämpötiloissa. Näissä materiaaleissa suprajohtavuuden ilmaantuminen on yllättävää, koska pareittain olevien elektronien välinen vetovoima voi itse asiassa johtua varautuneiden hiukkasten välisestä hylkimisestä.

Olisi todella hauskaa ymmärtää täysin epätavanomaisen suprajohtavuuden oivalluksia ja mekanismeja sekä ennustaa tai suunnitella uusia materiaaleja, joilla on korkean lämpötilan suprajohtavuus. Tämä on tärkeä ja kiehtova kvanttiongelma, jota fyysikot ovat yrittäneet selittää lähes 40 vuoden ajan. Äskettäin löydetyillä uusilla, erittäin viritettävillä 2D-suprajohtavilla laitteilla, kuten moiré-heterorakenteilla, voidaan suunnitella monia uusia suprajohtavia järjestelmiä, ja selityksen löytäminen tälle ilmiölle näyttää lähempänä.

Mitä ainutlaatuisia ominaisuuksia kaltaisesi naistutkijat voivat tuoda kvanttifysiikkaan?

Naisilla on lahjakkuutta, intuitiota ja sinnikkyyttä, emmekä voi menettää näitä ominaisuuksia. Tarvitsemme lisää naisia ​​edistyäksemme kvanttifysiikan perustiedoissa ja sovelluksissa.

Tällä hetkellä menetämme monia lahjakkaita naisia ​​pyrkimästä kvanttiuraan. Heillä on enemmän vaikeuksia edetä tieteessä, usein kollegoiden tiedostamattoman käyttäytymisen vuoksi. Myös vähemmän naiset valitsevat kvanttifysiikan stereotypioiden ja rohkaisun puutteen vuoksi. Mutta naiset ovat ainutlaatuisessa asemassa auttamaan kvanttifysiikan edistämisessä luomalla yhteistyökykyisemmän ja tervetullemman tutkimusympäristön. Liiallinen kilpailu ja ego johtavat tieteellisiin käytäntöihin, jotka lisäävät melua ja viivästävät kykyämme ratkaista kvanttiongelmia.

Millaisena näet kvanttifysiikan tulevaisuuden?

Elämme monien mahdollisuuksien aikaa. Kvantti kasvaa ja olemme nyt tietoisia tekniikoista, joita voimme keksiä kvanttifysiikan avulla. Sovellusten kehittäminen tulee olemaan keskeinen osa tutkimusta lähivuosina, mutta se menee pieleen, jos vähennämme perustieteen merkitystä. Historia osoittaa meille, että häiritsevimmät teknologiat syntyvät tieteen peruslöydöistä, ei sovellusten etsimisestä.

Luuletko, että olemme tällä hetkellä kvanttikuplassa, joka on räjähtämässä?

Puhumme nyt paljon kvantista, samalla tavalla kuin kerran puhuimme paljon esimerkiksi nanoteknologiasta. Syntyy monia sovelluksia ja uutta tietoa. Ehkä nämä sovellukset ja kehitystyöt eivät ole niitä, joita meillä on tällä hetkellä mielessä, mutta käsityksemme kvantista kehittyy. Se ei tarkoita kuplan puhkeamista, mutta meidän ei pitäisi keskittää rahoitusta ja ponnistelujamme hyvin kapeaan joukkoon valintoja. Esimerkiksi jotkut rahoituslaitokset keskittävät tukensa hyvin erityisiin kvanttiteknologioihin ja unohtavat niiden taustalla olevat kvanttimateriaalit. Tai virastot rahoittavat hankkeita vain, jos ne liittyvät tiettyihin hakemuksiin. Se on virhe, kun otetaan huomioon, että kvanttimateriaalit käyvät läpi vallankumouksen juuri nyt.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/world-quantum-day-in-conversation-with-quantum-physicist-leni-bascones/