Yoğun Madde Fiziği

Bose Einstein Yoğuşması.
Kaynak: NIST/JILA/Colorado University-Boulder

Yoğun madde fiziği maddenin yeterince düşük sıcaklıklarda ve yüksek yoğunluklarda ortaya çıkan durumlarını kuantum mekaniğinin ve istatistiksel fiziğin yöntemleriyle inceler. Yoğun madde sistemleri genellikle, sistemi oluşturan parçacıkların birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşmeleri nedeniyle, çok-parçacık sistemleri olarak ele alınır. Üstün-iletkenlik ve üstün-akışkanlık gibi pratik uygulamaları da bulunan bazı sıra dışı fiziksel özellikler, parçacıkların kendi aralarındaki bağlaşıklıklarının yanı sıra, topluca davranışları da incelenerek yoğun madde fiziği çerçevesinde açıklanabilir.

Soğuk Atomlarda Girdap Örgüsü.
Kaynak: MIT/Ketterle grubu

Yoğun madde fiziğindeki görece yakın zamanlardaki en önemli gelişme, 1990’ların sonlarında aşırı soğuk (nano kelvin düzeyinde) ve seyreltik atomik gazlarda Bose-Einstein yoğuşmasının gözlenmesi olmuştur. Bu gözlemi takip eden hızlı gelişmeler lazer girişimiyle oluşturulan optik örgüleri ortaya çıkarmış, atomlar arasındaki etkileşimlerin kontrolünü sağlayan Feshbach rezonansı yönteminin optik örgüler ile birlikte kullanılabilir hale gelmesiyle de pek çok geleneksel katı hal sisteminin simüle edilebileceği bir alt yapı oluşmuştur. Bunlara ek olarak, net elektrik yükü olmayan atomlara etki edebilecek yapay manyetik alanların üretilmesi, tam sayı ve kesirli kuantum Hall etkilerine benzer etkilerin bu sistemlerde gözlenmesinin önünü açmıştır. Özellikle kesirli kuantum Hall etkisindeki, topolojik özellikleri olan bazı uyarılmış durumların korunumlu kuantum bilgisayarlarının yapı taşı olarak kullanılabileceği düşüncesi bu alandaki çalışmaları hızlandırmıştır.

Bölümümüzdeki yoğun madde fiziği çalışmalarının ana eksenini aşırı-soğuk atom sistemlerinde ve kayıplı fotonik sistemlerde simüle edilebilecek bazı çok-parçacık durumlarının incelenmesi oluşturmaktadır. Yapay manyetik alan altındaki atomik sistemlerin kolektif özellikleri, atomik ve fotonik sistemlerde kesirli kuantum Hall etkisinin ve uyarılmış durumlarının oluşturulma ve gözlenme yöntemleri, bölümümüzün yoğun madde grubunda incelenen başlıca araştırma konuları arasındadır.

Kayıplı fotonik sistemlerde Hofstadter kelebeği