Niềm vui của việc kết nối các chấm đen lượng tử

Khi còn nhỏ, tôi thường thích vẽ từng chấm một. Tôi chưa bao giờ thực sự coi mình là người có tính nghệ thuật, nhưng tôi thích thú với việc nếu tôi đi theo những con số và kết nối các dấu chấm, thì “bức tranh lớn” cuối cùng sẽ được hé lộ. Điều này rất bổ ích cho tôi. Theo nhiều cách, nó giống như một khám phá.

Trong khoa học, đó thường là bức tranh lớn mà chúng ta quan sát ban đầu và điều này thường dẫn đến những câu hỏi thăm dò về nguồn gốc, hình thức và bản chất của nó, đào sâu hơn bao giờ hết cho đến khi chúng ta suy ra được các khối xây dựng cơ bản tạo nên bức tranh lớn. Nó gần giống như sự đảo ngược của một bản vẽ từng chấm rất phức tạp. Ở cấp độ cơ bản này, các khối xây dựng (hoặc các hạt cơ bản) thường nằm trong thế giới lượng tử và chính lý thuyết lượng tử đã thúc đẩy hành trình của tôi đến với vật lý.

Là một sinh viên đại học đang theo học ngành hóa học, tôi bị mê hoặc bởi quang phổ - một kỹ thuật sử dụng ánh sáng để thăm dò, mô tả đặc điểm và định lượng các loại vật chất khác nhau (chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí). Tôi bị ấn tượng bởi thực tế là kỹ thuật này có thể sử dụng ánh sáng “vô hình” (ví dụ, tia cực tím hoặc tia hồng ngoại) và sử dụng nó để thăm dò không khí “vô hình”, phát hiện chính xác các hạt khí vi lượng không nhìn thấy được như carbon monoxide hoặc sulfur dioxide. Thông qua quang phổ, các khí vết này trở nên “nhìn thấy được” và xuất hiện dưới dạng các đỉnh hấp thụ quang phổ ở các bước sóng cụ thể, do đó cung cấp dấu vết quang phổ duy nhất cho mỗi khí.  Thông tin này sau đó có thể được sử dụng để xác định loại khí nào hiện diện và mức độ phong phú của chúng.

Tôi càng hỏi: “Sao chuyện này có thể xảy ra được?” tôi càng thấy mình bị cuốn hút vào vật lý cơ bản. Ý tưởng biến những thứ không thể nhìn thấy thành hữu hình đã ở lại với tôi kể từ đó. Thật ngạc nhiên khi nghĩ rằng các nguyên lý cơ học lượng tử lại củng cố cho kỹ thuật mạnh mẽ này. Không chỉ vậy, lý thuyết lượng tử nói chung còn tạo ra nhiều công nghệ khác như laser, chất bán dẫn, MRI, GPS, kính hiển vi điện tử, mật mã và điện toán lượng tử, chỉ kể tên một số công nghệ.

Công nghệ QDot

Một sự phát triển gần đây hơn trong cơ học lượng tử là sự phát triển của công nghệ chấm lượng tử (QDot). QDot là một hạt bán dẫn có các đặc tính quang học và điện tử bị chi phối bởi các quy luật cơ học lượng tử do kích thước của chúng chỉ vài nanomet – nhỏ hơn khoảng 10,000 lần so với chiều rộng của một sợi tóc người. Những hạt nano này phát ra ánh sáng có bước sóng cụ thể khi đèn LED màu xanh chiếu vào chúng. Bước sóng phát ra phụ thuộc vào kích thước của hạt nano và quyết định màu sắc quan sát được.

Không có gì ngạc nhiên khi công nghệ QDot đã tìm được đường vào màn hình phẳng cho các TV hiện đại, nhờ độ bão hòa màu cao có thể đạt được trên một băng thông quang phổ hẹp. Hơn nữa, vì QDot có thể được điều chỉnh theo kích thước xác định để giải phóng các bước sóng cụ thể, chúng tôi có thể sử dụng chúng để đạt được khả năng hiển thị màu cao và tạo ra màu sắc tổng thể tốt hơn. Mỗi TV QDot thường chứa hàng tỷ chấm lượng tử tạo nên bức tranh lớn.

Nối những chấm lại với nhau

Là một nhà vật lý da đen mới bắt đầu sự nghiệp và là con trai của cha mẹ là người Jamaica sống ở Vương quốc Anh, tôi thực sự cảm thấy mình là một chấm lượng tử - một chấm đen lượng tử (QBD), nếu bạn muốn. Trong lĩnh vực nghiên cứu của tôi, hiếm khi có người giống tôi lại tham dự cùng một hội thảo, hội nghị hay thậm chí trong cùng một lĩnh vực. Trong bối cảnh ánh sáng xanh, tôi phải tìm cách phát ra các bước sóng khác nhau, đồng thời biết rằng sức mạnh thực sự của QBD được khai thác khi chúng được kết nối và hoạt động cùng nhau. Trong nỗ lực này, tôi may mắn được khám phá và cuối cùng gặp được nhiều nhà vật lý người Mỹ gốc Phi nổi tiếng, một số khi họ đến thăm Vương quốc Anh, những người khác khi tôi đến thăm Mỹ. Tôi cũng được biết đến và cuối cùng đã tham dự một hội nghị dành cho các nhà vật lý da đen ở Mỹ, cũng như kết nối với các nhà khoa học từ Châu Phi và Caribe. Những tương tác này đã giúp củng cố niềm tin của tôi rằng từ góc độ toàn cầu, có rất nhiều QBD giống như tôi.

Suy nghĩ của tôi sớm hướng tới các thế hệ tương lai ở Anh. Tôi muốn tình hình của họ sẽ khác nên tôi đã hợp tác chặt chẽ với các trường học và thiết lập một số sáng kiến ​​tiếp cận giới trẻ, cố gắng làm những gì có thể để thay đổi bối cảnh của họ trong tương lai. Tôi cũng tương tác với một số sinh viên đại học Da đen trong khoa của mình, khuyến khích họ hỗ trợ những nỗ lực như vậy. Thật vui khi biết rằng, về cơ bản, họ đã hoàn toàn sẵn sàng. Hầu hết đều duy trì kết nối sau khi tốt nghiệp và năm này qua năm khác, nhóm ngày càng phát triển về số lượng cho đến khi đạt đến số lượng đông đảo. Một bản sắc độc đáo đang nổi lên đối với những thanh niên da đen đầy tham vọng và niềm đam mê vật lý và cho sự thay đổi tích cực trong cộng đồng của họ.

Nỗ lực này lên đến đỉnh điểm trong việc hình thành Gia đình phòng thí nghiệm Blackett – mạng lưới các nhà vật lý da đen quốc gia đầu tiên của Vương quốc Anh – vào năm 2020. Nhóm hiện đã có tầm nhìn và trở thành tiếng nói của các nhà vật lý da đen ở Vương quốc Anh. Hơn nữa, nó cung cấp một phương tiện hỗ trợ dễ tiếp cận cho bất kỳ ai theo đuổi vật lý hoặc các lĩnh vực liên quan từ cấp trung học đến cấp giáo sư. Gần đây hơn, Gia đình Phòng thí nghiệm Blackett đã nhận được tài trợ để kết nối các nhà vật lý người Mỹ gốc Phi với các nhà vật lý người da đen có trụ sở tại Vương quốc Anh thông qua một loạt diễn giả ở Anh cũng như cử một phái đoàn Vương quốc Anh tới các hội nghị ở Mỹ, củng cố hơn nữa cộng đồng các nhà vật lý da đen toàn cầu . Những chương trình thú vị như vậy chỉ có thể thực hiện được vì các QBD trên khắp Vương quốc Anh được kết nối và có thể hoạt động tập thể.

Khi tôi suy ngẫm về sự nghiệp của mình cho đến nay, đó thực sự là một trường hợp kết nối QBD theo nhiều cách khác nhau theo thời gian và không gian. Thông thường, các kết nối QBD mang lại niềm vui và sự phong phú sâu sắc hơn cho bộ môn tổng thể, đồng thời nâng cao hơn nữa cảm giác thân thuộc quan trọng đó. Theo nhiều cách, mặc dù tôi vẫn là một QBD, nhưng giờ đây tôi biết rằng mình là một phần của cộng đồng các nhà vật lý quốc gia và toàn cầu lớn hơn nhiều từ khắp cộng đồng người châu Phi hải ngoại. Chúng ta càng tiếp tục kết nối, thể hiện và truyền cảm hứng, chúng ta sẽ càng định hình lại, làm sắc nét và làm phong phú thêm hình ảnh của bức tranh toàn cảnh cho thấy các nhà vật lý là ai và chúng ta làm gì.