A ballisztikus transzport, amit a képen a miniatűr autók módjára közlekedő elektronokkal illusztrálnak a kutatók, nem újonnan felfedezett jelenség. Már 1985-ben sikerült megfigyelni gallium-arzenid rétegben, valamint a mostanában egyre népszerűbb egyatomos (atom vastagságú) anyagokban, például grafénrétegben is. A lényege, hogy, míg a hagyományos elektromos vezetőkben az elektronok különböző szennyezőkön, rácshibákon, molekulákon “megcsúszva” könnyen szétszóródnak, a ballisztikus transzport során egyenes irányú mozgással, ütközés és eltérés nélkül haladnak útjukon.

A szóródásmentes terjedés előnye, hogy energia-, hőveszteség nélkül juttatja célba az elektromos töltéshordozókat, ami jól jön bármilyen elektronikus eszköz üzemeltetésénél.

A Pittsburgh Egyetem kutatói lantán és alumínium kompozitból, valamint titán és stroncium felhasználásával kialakított felületbe pályákat véstek atomerő mikroszkóppal, mely a pásztázó alagútmikroszkóp továbbfejlesztése, és lehetővé teszi, hogy tűjével egészen kicsi, atomi méretekben is módosítani lehessen az anyagok felszínét. Ezután elektromos áramot vezettek az anyagba és megfigyelték, hogy az elektronok az egydimenziós szilárd felületen a ballisztikus vezetés szabályait követve, sorokba rendeződve kezdtek haladni a “nano-autópályán”. Csakhogy, a szokásostól eltérő módon, a párhuzamos sávokban nem egy-egy önálló részecske haladt, hanem kettő, vagy több tagból álló csoportokat alkotva közlekedtek. A kutatók felfedezték, hogy az önrendező egységei az elektronoknak a saját pályájukat követték (tehát külön sávot foglaltak el a négy eletronos “autók”, másikat a három elektronosak és így tovább), és ezeknek a pályának a vezetőképessége a Pascal háromszöggel korrelált. Ennélfogva Jeremy Levy, a vizsgálat vezetője, Pascal vezetőnek nevezi az új jelenséget, ami inkább az optikai szálak működéséhez hasonlóan továbbítja a töltéshordozókat, nem úgy, mint a hagyományos fémhuzalok.

“Ez egy teljes családja az új részecskéknek, egy új formája az elektronikus anyagnak, amit most sikerült felfedezni.”- mondta Levy.

A rendszer jelentőségét a kvantumállapotokhoz hasonló viselkedése adja. Az elektronok ebben az esetben ugyanúgy kötődnek egymáshoz, mint ahogy a kvarkok kapcsolódnak a neutronok és protonok építése során. A kvantum összefonódással összefüggésbe hozható tulajdonsága az új részecskéknek felhasználható lehet a kvantumszámításban és elosztásban. “Ez a kutatás egy nagyobb projekt részét képezi, melynek célja a második kvantum forradalommal kapcsolatos új tudomány és technológia fejlesztése. Az első kvantum forradalom során az emberek felfedezték, hogy a körülöttük lévő világot a kvantumfizika alapvető szabályai mozgatják. Az a felfedezés elvezetett a periódusos tábla és az anyagok viselkedésének megértéséhez, és segítette a tranzisztorok, számítógépek, MRI szkennerek, és az információs technológia kialakulását.

Most, a huszonegyedik században, megvizsgáljuk a kvantumfizika minden különös előrejelzését és elkezdjük használni őket.

Felhasználás alatt pedig gondolunk a kvantumszámításra, a kvantumteleportációra, kvantumkommunikációra, kvantumérzékelésre - olyan ötletekre, melyek az anyag kvantumtermészetét alkalmazzák, amit eddig ignoráltunk.”

(Fotó: Facebook/University of Pittsburgh)