Kuantum ısı dalgalarında tarihi eşik

Kaliforniya Üniversitesi Los Angeles (UCLA) Mühendislik Fakültesi'nden araştırmacılar, ısının katı malzemeler içinde ilk kez oda sıcaklığında dalga şeklinde yönlendirilebildiğini gösterdi. Bugüne kadar yalnızca mutlak sıfıra yakın kriyojenik koşullarda gözlemlenebilen bu kuantum davranışında, ısı her yöne rastgele yayılmak yerine kristal yapının belirlediği belirli doğrultularda ilerledi. Bulgular, elektronik cihazlarda oluşan ısının yalnızca uzaklaştırılmasını değil, tıpkı ışığın optik fiberlerde yönlendirilmesi gibi belirli güzergâhlarda taşınmasını mümkün kılabilecek yeni bir yaklaşım ortaya koydu.

Araştırmanın merkezinde, ısıyı taşıyan kuantum titreşimleri olan "fononlar" yer aldı. Normal koşullarda oda sıcaklığında fononlar sürekli çarpışarak dalga özelliklerini kaybediyor ve ısı klasik difüzyon yöntemiyle çevreye yayılıyor. UCLA ekibi ise olağanüstü yüksek ısı iletkenliğine sahip bor arsenit kristalinde fonon saçılmasının son derece düşük olduğunu göstererek bu kuantum dalga davranışının 300 Kelvin (yaklaşık 27°C) sıcaklıkta da korunabildiğini kanıtladı. Deneylerden elde edilen ışın benzeri ısı desenleri, ilk prensiplere dayalı teorik hesaplamalarla da doğrulandı.

Nature Physics dergisinde yayımlanan çalışma, özellikle yapay zekâ işlemcileri, yüksek performanslı veri merkezleri ve kuantum bilgisayarlar için kritik öneme sahip yeni nesil soğutma teknolojilerinin önünü açabilecek bir gelişme olarak değerlendiriliyor. Araştırmacılara göre ısının istenilen doğrultuda hassas biçimde yönlendirilebilmesi, daha küçük, daha güçlü ve daha az enerji tüketen elektronik sistemlerin geliştirilmesine katkı sağlayabilir. Aynı yaklaşımın gelecekte kuantum haberleşme ve hassas sensör teknolojilerinde de kullanılabileceği ifade ediliyor.