Tohoku Üniversitesi laboratuvarında fizikçiler, sıra dışı bir kuantum olgusunu ilk kez elektrik akımının komutlarına boyun eğdirdi. Söz konusu olan kuantum-geometrik doğrusal olmayan Hall etkisi; yani bir malzemedeki gerilimin akıma orantılı olarak değil, daha karmaşık bir yasaya göre arttığı durum. Şimdiye kadar elektronların bu «geometrisinin» dışarıdan yeniden düzenlenemeyeceği, tıpkı evleri yıkmadan bir şehrin haritasının yeniden çizilemeyeceği gibi, kabul ediliyordu.
Araştırmacılar Mn₃Sn antiferromıknatısının ince filmleriyle çalıştı. Bu malzemede atomların spinleri, elektronların kuantum geometrisiyle sıkı sıkıya bağlı özel bir yapı oluşturur. Bilim insanları oda sıcaklığında doğrusal olmayan Hall etkisinin üçüncü mertebesini kaydetti: enine gerilim, akımın küpüyle orantılı çıktı. Teorik hesaplamalar da doğruladı: etki gerçekten sıradan klasik mekanizmalardan değil, kuantum geometrisinden doğuyor.
Kilit adım elektriksel anahtarlamaydı. Ağır bir metalin komşu katmanından kısa akım darbeleri geçirildiğinde, Mn₃Sn'nin manyetik yapısını döndüren bir spin-yörünge momenti oluştu. Onunla birlikte doğrusal olmayan yanıtın işareti de değişti. Pozitif darbe bir işaret, negatif darbe ise karşıt işaret verdi. Böylece kuantum-geometrik durum ilk kez sıradan bir transistör gibi kontrol edilebilir hale geldi.
Yatağı bir düğmeye hafifçe basarak anında kıvrılabilen bir nehir düşünün: su artık yalnızca ileriye değil, yeni bir yasaya göre yana da akıyor. Mn₃Sn'deki elektronlar da akımın etkisi altında tam olarak böyle davranıyor. Bu benzetme, etkinin neden doğrusal olmayan diye adlandırıldığını anlamaya yardımcı oluyor: alışılmış «akım — gerilim» orantılılığı bozuluyor ve yeni sinyal işleme türlerine yol açıyor.
Keşif kuantum geometrisini, doğrusal olmayan elektroniği ve spintroniği birleştiriyor. Bilim insanları kuantum geometrisini malzemenin değişmez bir özelliği olarak görmek yerine, akımla nasıl yeniden düzenlenebileceğini gösterdi. Bu, manyetodirençli bellek ilkeleri sayesinde daha hızlı ve daha ekonomik çalışacak kompakt cihazlara — frekans çoklayıcıları ve doğrultuculara — giden yolu açıyor.
Deney, oda sıcaklığında epitaksiyel filmler üzerinde gerçekleştirildi ve Newton dergisinde yayımlandı. Yazarlar, artık kuantum-geometrik yanıtların yalnızca gözlemlenebilmesinin değil, gerçek zamanlı olarak hedefli biçimde değiştirilebilmesinin de mümkün olduğunu vurguluyor.
Çalışma, malzemelerin kuantum özelliklerinin yalnızca bir inceleme nesnesi değil, sıradan akımla kontrol edilen bir çalışma aracı olacağı geleceğin elektroniğine temel hazırlıyor.
