MIT fizikçileri ve ortakları tarafından, diğer şeylerin yanı sıra son derece verimli elektroniklere olanak sağlayabilecek beş şeritli bir elektron otobanı inşa edildi.
Bu çalışma, aynı ekip tarafından geçtiğimiz yıl yapılan ve grafenin özel bir türü olan bir malzemeyi içeren birçok önemli keşiften biridir ve 10 Mayıs’ta bilim dünyası ile paylaşıldı.
Fizik Bölümü’nde yardımcı doçent olan ve makale yazarlarından Long Ju’ya göre, elektronların yayılması sırasında -elektronların saçıldığı normal malzemelerde olduğu gibi- enerji kaybı olmadığından, bu keşif düşük güçlü elektronik cihazlar için doğrudan etkilere sahip.
Bu davranış, açık bir yolda ilerleyen araçlarla karşılaştırıldığında evlerin içinden geçen araçlara benzer. Diğer sürücüler ani duruşlar veya U dönüşleri yaptığında, bu durum çevredeki araçların yavaşlamasına veya durmasına neden olabilir. Bu da huzurlu bir işe gidip gelme sürecini mahvedebilir.
Bu deneyde kullanılan ve rhombohedral pentalayer graphene olarak adlandırılan madde, Ju’nun bilim adamları grubu tarafından iki yıl önce bulundu. MIT’nin Malzeme Araştırma Laboratuvarı’na da bağlı olan Ju, “Bir hazine keşfettik ve her yeni keşif yeni bir şey ortaya çıkarıyor” diyor.
Ju ve meslektaşları tarafından Ekim ayında Nature Nanotechnology’de yayınlanan bir makalede bildirildiği üzere, eşkenar dörtgen grafenden kaynaklanan üç önemli özellik keşfedildi. Örneğin, topolojik olabileceğini, yani elektronların malzemenin kenarından serbestçe akabildiğini ancak merkezinden geçemediğini gösterdiler. Sonuç olarak bir süper otoyol yaratılmış olsa da, Dünya’nın manyetik alanından on binlerce kat daha büyük güçlü bir manyetik alan uygulanması gerekiyordu.
Grup, şimdiki çalışmalarında manyetik alana ihtiyaç duymadan süper otoyol inşa ettiklerini iddia ediyor.
Tonghang Han, MIT’de fizik yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ilk yazarlarından biri. Bu yaygın fenomeni başlangıçta bulamamış olsak da, bunu tamamen farklı bir ortamda gerçekleştirdik.
Ayrıca bizim teknolojimiz daha basit ve öncekilere kıyasla daha fazla elektron kanalına sahip. Ju şöyle açıklıyor: “Malzemenin sınırında, diğer malzemeler yalnızca bir şerit trafiği destekleyebiliyor. Biz bunu aniden beşe çıkardık.
Kurşun kalemin ana maddesi olan grafit, bal peteği yapısına benzeyecek şekilde altıgenler halinde düzenlenmiş karbon atomlarının tek bir katmanı olan birkaç grafen katmanından oluşur. Üst üste binen belirli bir düzende yerleştirilmiş beş grafen katmanı eşkenar dörtgen grafeni oluşturur.
Ju ve meslektaşları, Ju’nun 2021 yılında MIT’de inşa ettiği ve bir malzemenin nano ölçekteki bir dizi kritik özelliğini hızlı ve makul bir şekilde ekonomik olarak belirleyebilen devrim niteliğindeki mikroskop sayesinde eşkenar dörtgen grafeni izole edebildi. Eşkenar dörtgen katmanlı pentalayer grafen, metrenin yalnızca birkaç milyarda biri kalınlığa sahip.
Mevcut çalışmada grup, bir tungsten disülfür (WS2) katmanının eklenmesi de dahil olmak üzere ilk kurulumda değişiklikler yaptı. Çift katmanlı eşkenar dörtgen grafen ve WS2, Ju’nun sıfır manyetik alanda çalıştığını iddia ettiği bu beş şeritli otoyolu oluşturmak için etkileşime girdi.
Kuantum anormal Hall etkisi, Ju grubunun eşkenar dörtgen grafende bulduğu ve elektronların sıfır manyetik alanda direnç göstermeden akmasına izin veren fenomene verilen isimdir. Aynı şeyi gerçekleştiren ancak oldukça farklı malzemelerde meydana gelen tamamen ayrı bir fenomen olan süper iletkenlik daha yaygın olarak bilinmektedir.
Ju, süper iletkenler 1910’larda bulunmuş olsa da, sistemin pratik kullanımlar için gereken yüksek sıcaklıklarda çalışmasını sağlamak için neredeyse bir asırlık araştırma gerektiğine dikkat çekiyor. “Ve dünya rekoru hala oda sıcaklığının çok altında.” diye ekliyor.
Benzer bir şekilde, eşkenar dörtgen grafen süper otoyolu şu anda -456 Fahrenheit derecede veya yaklaşık 2 kelvinde çalışıyor. Ju, “Sıcaklığı artırmak çok fazla çalışma gerektirecek, ancak fizikçiler olarak bizim rolümüz içgörü sunmak; bu [fenomeni] anlamak için alternatif bir yaklaşım” diye açıklıyor.
Eşkenar dörtgen grafen bulguları zahmetli ve kanıtlanmamış bir çalışmanın sonucuydu. Han, “Sistemi çok düşük bir sıcaklığa soğuttuğumuzda ve [sıfır manyetik alanda çalışan beş şeritli bir otoyol] ortaya çıktığında çok heyecan vericiydi” diye ekliyor. “Aylar boyunca pek çok tarif denedik.”
Ju, yeni bir sistemde, özellikle de keşfettiğimiz bir maddeyle ilgili bir olguyu ilk tanımlayan kişi olmanın heyecan verici olduğunu söylüyor.
Kaynak: https://physics.mit.edu/news
