Unitate sinpleak elkartzean egitura konplexuagoak sortzen direlako ideia oso arrunta da. Hala, molekulak sortzeko elkartzen dira atomoak; molekulak konbinatzean, zelulak sortzen dira; zelulek ehunak eratzen dituzte, eta, azkenik, izaki bizidunak sortzen dira. Mundu kuantikoan, prozesu hori kontrako norabidean gerta daiteke, alegia, partikula konplexuen arteko interakzioaren ondorioz partikula sinpleagoak sor daitezke. Horrenbestez, elektroiak e karga elektrikoko partikula zatiezinak izan arren, elektroien arteko interakzioaren ondorioz e/3 kargako partikulak sor daitezke egoera batzuetan. Fenomeno horri zatikapen deritzo.

Magia kuantikoa: spinen zatikapena

Oinarrizko partikula guztiek berezko propietateak dituzte, hala nola masa edo karga (propietate intuitiboak), bai eta bestelakoak ere, spina adibidez, zeina iparrorratz gisa irudika baitezakegu. Iparrorratz arruntak norabide guztietara begira jar daitezke, eta haiek ez bezala, sistema kuantikoen spina kuantizatuta dago eta balio-multzo jakin bat baino ezin du hartu. Adibidez, esaten dugu elektroiaren spina ½ dela eta bi balio baino ezin dituela izan. 1 spina duten partikulek hiru balio izan ditzakete.

80ko hamarkadan, Duncan Haldane fisikari ingelesak eredu matematiko bat eraiki zuen 1 spineko partikulentzat, zeinetan spinen zatikapena gertatzen baitzen. Eredu horretan, 1 spineko partikula zatiezinez osatutako dimentsio bakarreko kate batek, albokoekin elkarrekintzan, ½ko spina zuten partikulak eragiten zituen katearen ertzetan. Magoak pertsona bat bitan zatitu eta zatiok bereizi egiten dituen magia-trukuan bezala, Haldanen ereduak aukera ematen du 1 spinak zatikatu eta bereizteko. Magnetismo kuantikoaren eredu zentraletako bat da hori, eta lan horri esker Nobel saria eman zioten 2016an.

 Grafenozko molekula magnetikoz osatutako dimentsio bakarreko kateak

Aurreikuspen hura esperimentalki egiaztatzea konplexua zen, zenbait arrazoi direla medio; hasteko, ez baita dimentsio bakarreko materialik existitzen. Bazeuden zeharkako ebidentzia batzuk adierazten zutenak atomo magnetikoen kateak dituzten material organometalikoetan spinaren zatikapenaren fenomenoa gertatzen dela, baina zuzenean ikustea falta zen. Orain, ordea, nazioarteko ikertzaile-talde batek lortu du behaketa hori egitea; tartean da David Jacob UPV/EHUko Kimika Fakultateko Polimero eta Material Material Aurreratuak: Fisika Kimika eta Teknologia saileko Ikerbasque ikertzailea, zeina lankidetzan aritu baita INL, Alacanteko Unibertsitate, EMPA (Zürich) eta Dresdeko Unibertsitatearekin.

Behaketa zail hori lortzeko, ikertzaileek kimika organikoko teknikak eta huts ultraaltuko gainazalen zientzia konbinatu dituzte dimentsio bakarreko kateak sortzen dituzten 1 spineko grafeno-molekulak sintetizatzeko. Tunel-efektuko mikroskopio bat erabiliz, urrezko gainazal batean jalkitako katearen egoera kuantikoak aztertu ahal izan dituzte ikertzaileek, bereizmen atomikoarekin; teorian aurreikusitakoekin alderatu dituzte, eta sistemak benetan Haldanen eredua bezala jokatzen duela ezarri ahal izan dute. Bereziki, molekula magnetikoen kopuru nahikoa handia duten kateetan, ikertzaileek Kondo erresonantziak aurkitu dituzte katearen ertzetan: ½ spineko partikulek urrearen eta beste zenbait eroaleren elektroiekin elkarrekintzan aritzean gertatzen den fenomeno bat.

Dimentsio bakarreko kateetatik bi dimentsioko sareetara eta ordenagailu kuantikoetara

Ikertzaileek adierazi dute “lan honek erakusten duela zenbaterainoko aukerak zabalduko dituen nanografenoak erabiltzea nanoimanez osatutako bi dimentsioko sareak sortzeko, Haldanen pareko aurreikuspenak egiaztatzeko aukera izateko, hala nola konputazio kuantikoa lortzeko aukera emango luketen egoera kuantikoen existentzia egiaztatzeko”.