Ősztől egyelőre nincs finanszírozása a BME TTK egyik igen sikeres Lendület-kutatócsoportjának, amelynek vezetője ismét egy rangos tudományos lapban publikált.

„Több éves, a Stanford Egyetem kutatóival együttműködve végzett kutatás fontos állomása a közelmúltban megjelent Nature cikkünk a 'szétporlasztott' elektronokról” – hangsúlyozta Zaránd Gergely egyetemi tanár, a BME Fizikai Intézet igazgatója, az MTA-BME Lendület Egzotikus Kvantumfázisok Kutatócsoport vezetője. „2014-ben egy Nature Physics cikkben publikáltuk az együttműködés addig elért fontos eredményeit, a tavaly év végén megjelent Nature cikkünkben pedig a legújabb eredményeinket mutattuk be.”

A Lendület Kutatócsoport tagjai amerikai kutatókkal együttműködve, nanoáramkörök segítségével létrehoztak és részletesen megfigyeltek egy úgynevezett kvantumkritikus állapotot, amelyben az elektronok elveszítik megszokott tulajdonságaikat és „szétporladnak”. A Stanfordon végzett kísérlet során mesterséges atomot – ún. „kvantumpöttyöt” – állítottak elő, amelyet elektródákhoz csatlakoztattak. A mesterséges atomon lévő egyetlenegy elektron kölcsönhatásba lépett az elektróda elektronjaival. A kutatók az áramkört „hangolva" olyan állapotot hoztak létre, amelyben a mesterséges atom „szétporlaszt" minden rajta áthaladó elektront.

A baloldali felső elektródák el tudják különíteni és olyan kicsire zsugorítani az ún. elektrongáz egy részét, hogy abban csak egy darab elektron marad. Az elektródákon mérhető a vezetőképesség változása, a kutatók ebből következtetnek az elektron állapotára.

„A legszemléletesebben a porlasztó működéséhez hasonlíthatnánk a jelenséget: ahol a folyékony halmazállapotban bekerülő anyag apró cseppekre porladva jön ki” – mesélte a kutató. Az elektron ilyenfajta „elporladását” az elméleti fizikusoknak is eléggé nehéz megérteni, a jelenség leírása komplikált kvantum-térelméleti számításokat igényel. Az együttműködésben a BME-n működő csoport ezeket a számításokat végezte, illetve ezekre alapozva járult hozzá a kísérletek megtervezéséhez. "Mindenesetre ez a parányi áramkör sajátos „kvantumszimulátorként” működik: a kontrollált módon létrehozott áramkör segítségével nagyon részletesen tanulmányozhatjuk e különös kvantumállapot felépülését és a kvantummechanikai átalakulását" – ecsetelte Zaránd Gergely. Az ehhez hasonló nanoáramkörök nemcsak a kvantumállapotok modellezésére alkalmasak, hanem kvantum-biteknek is használhatók, és a jövőben akár kvantumszámítógépek készítésére, vagy például atomi méretű mágneses polarizátorként is alkalmazhatók lehetnek.

A kísérlethez használt mintákat az izraeli Weizmann Intézetben készítették és a kaliforniai Stanford Egyetem kutatóival együttműködve vizsgálták. „A stanfordi kapcsolat nagyon régi: még posztdoktorként két évig dolgoztam a Harvardon, ahol egyik kiváló kollégám, David Goldhaber-Gordon volt” – emlékezett a kutató. „Ő éppen fiatal professzornak készült a Stanfordra és több közös munkában vettünk részt. Ez a kapcsolat az elmúlt néhány évben feléledt, az akkori elképzeléseinket sikerült most, 10 év után megvalósítanunk. "

A 2011-ben alakult MTA-BME Lendület Egzotikus Kvantumfázisok Kutatócsoportnak három fő kutatási területe az ultrahideg atomok, a nanorendszerek és az alacsony dimenziójú kvantum rendszerek vizsgálata. „A természetben számos alacsony dimenziós rendszer létezik illetve hozható létre. Például a már említett kvantumpötty is alacsony dimenziós: ún. nulla plusz egy dimenziós rendszerként tekintünk rá (a plusz egy dimenzió az idő). Foglalkozunk a szén nanocsövek elméletével is, amelyek egy + egy dimenziósak, vagy a grafén fizikájával, ami kettő + egy dimenziós ebben az értelemben" – mesélte Zaránd Gergely.

A másik fő kutatási irány, az ultrahideg atomok területe látszólag távol esik a nanoáramkörökétől. Az ultrahideg atomok előállítása és vizsgálata az utóbbi évek egyik legizgalmasabb kutatási területe.  Ezeket a rendszereket a csoport szintén kvantum-térelméleti technikákkal tanulmányozza. Az ultrahideg atomokat fénnyel hozzák létre: lézer segítségével „állítják meg” és zárják mágneses csapdába. E kutatásokért kapott Nobel-díjat Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji és William Phillips 1997-ben, majd 2001-ben újabb Nobel-díjat osztottak ki, ezúttal Eric Cornellnek, Wolfgang Ketterlnek és Carl Wiemannak, akik a csapdázott ultrahideg atomok ún. szuperfolyékony állapotát hozták létre. „A hűtés jelenleg néhány nanokelvines tartományra történik, ami körülbelül tízmilliószor kisebb a szokásos laborkörülmények között elérhető 10-20 millikelvines hőfoknál” – mesélte Zaránd Gergely. „Ilyen alacsony hőmérsékleten az atomi gázok új halmazállapotba lépnek és ún. kvantumfolyadékként vagy szuperfolyadékként kezdenek viselkedni. E terület kutatása rendkívüli módon fejlődik: manapság optikai módszerekkel az egyes atomokat manipulálhatjuk, információt tárolhatunk bennük, és kvantumszimulátorként is használhatjuk őket.”

2016 őszén a kutatócsoport számára véget ér az MTA-tól kapott öt éves finanszírozási periódus, így más források után kénytelenek nézni, hogy folytatni tudják a munkát. „Nagy gond, hogy az akadémiai kutatóintézetekben létesült Lendület csoportokat egészen másként kezelik, mint az egyetemieket" – mondja a kutató. „A Lendület-program alapjában sikertörténet: a nyugati tudományfinanszírozásban bevált, ún. tenure-track struktúrához hasonlót honosított meg, tehát a próbaidején jól teljesítő kutató hosszú távú szerződést kaphatott. Azonban míg a sikeres akadémiai csoportok támogatását automatikusan véglegesíti az Akadémia, az egyetemi csoportok esetében egyelőre szó sincs erről, egyszerűen megszűnik a támogatás öt év után. Egy már jól működő csoport életét nagyon megviseli, ha a pénzügyi források elapadnak, a csoport nagyon könnyen szétesik” – mutatott rá a kutató.

Ez a probléma a Műegyetemet nagyon komolyan érinti. A program sok, kiváló fiatal kutatót tudott itthon tartani, illetve hazacsábítani külföldről, akik jelentős tudományos eredményeket produkáltak. A BME-n jelenleg nyolc ilyen Lendület kutatócsoport működik – közülük négy a karok költségvetésének mintegy 4%-ból gazdákodó Fizikai Intézetben.

„E nyolc kutatócsoport finanszírozására – az akadémiai költségvetésen keresztül – körülbelül évi 300-350 millió forint áramlik az egyetemre. Ezeknek a csoportoknak a véglegesítése hosszabb távon akár évi 1 milliárd forintos bevételt is jelenthetne a Műegyetemnek. Ez olyan forrás, amiről nem mondhat le szerintem a Műegyetem, amiért most kellene küzdenünk, és kísérletet tenni az egyetemi Lendület-kutatócsoportok véglegesítésére.”

Zaránd Gergely szerint a hatékony egyetemi munka záloga a kutatói és oktatói tevékenység helyes aránya. „Én nem tartom tehernek az oktatást, szeretek tanítani, bár több időmet teszi ki a kutatás, illetve a kutatáson keresztül való oktatás, a doktoranduszokkal, diplomamunkásokkal való munka. Akik tartósan az egyetemen maradnak, szeretik az itteni légkört, a tanítást, a motivált diákokkal való foglalkozást. Meggyőződésem, hogy a magas színvonalú kutatás, kutatás-fejlesztés alapvető az egyetemen, ettől válik egyetemmé egy egyetem. Elszomorít, hogy sokan úgy tesznek, mintha az egyetemnek pusztán oktatási funkciója volna. Ezt fejezi ki a hallgatószor kredit alapú finanszírozás, és az az irreális oktatási terhelés is, amit ma elvárnak Magyarországon: heti 10-12 kontaktóra mellett az egyetemi kutatói munka szinte ellehetetlenül, és a magyar egyetemek nem lehetnek versenyképesek hosszú távon.”

-HA, TJ-

Fotó: Takács Ildikó

Iluusztráció: nature.com