5G’nin tanıtılmasının ardından teknoloji uzmanları kablosuz iletişim teknolojilerini iyileştirmek için stratejiler geliştirmeye çalıştılar. Veri iletim hızını arttırmak için bu sistemlerin eninde sonunda taşıyıcı frekanslarını 100 gigahertzin ötesine taşıyarak terahertz aralığına yaklaşmaları gerekecek.
Ancak mevcut ekipman ve teknolojilerin bu kadar yüksek taşıyıcı frekanslara ulaşmada yetersiz kaldığı kanıtlanmış durumda.
Bu hedefe ulaşmanın potansiyel bir yolu, doğrusal olmayan Hall etkisi gösteren bazı kuantum malzemeleri kullanmakta yatıyor.
Bilim İnsanları yeni nesil kablosuz iletişim sistemlerinin geliştirilmesi için potansiyel bir malzeme keşfettiler: ince film elementi bizmut.
Nature Electronics dergisinde yayınlanan çalışmaları, bu malzemenin oda sıcaklığında doğrusal olmayan Hall etkisine sahip olduğunu gösteriyor. Bu güzel bir haber.
Diğer ekipler de doğrusal olmayan Hall etkisi gösteren çeşitli malzemeler geliştirmişlerdi. Ancak, yeni yayının yazarlarına göre, bu malzemeler basit ve çevre dostu kimyasal bileşim, oda sıcaklığında çalışma ve mikro ve esnek elektronikler için uygun alt tabakalar üzerinde hazırlanabilme gibi teknolojik olarak arzu edilen özelliklerin tümünü bir araya getirmiyor.
“Örneğin grafen çevre açısından zararsızdır ve doğrusal olmayan Hall etkisi dikkatlice düzenlenebilir, ancak yalnızca yaklaşık -70 santigrat derecenin altındaki sıcaklıklarda. Bu da araştırmacıların bu etkiyi kullanmak istemeleri halinde sıvı nitrojen kullanarak soğutmaları gerektiği anlamına geliyor.”
Geçiş metali dikalkojenitleri ve bazı oksitler gibi daha önce araştırılan diğer malzemeler de, grafende bu fenomeni elde etmek için gerekli olanlardan genellikle daha düşük olan düşük sıcaklıklarda doğrusal olmayan Hall etkisini göstermiştir. Araştırmacı Makarov, Ortix ve meslektaşları, gerçek dünyada kuantum kablosuz iletişim teknolojisi oluşturmak için daha uygun olabilecek ek malzemeler aramaya koyuldular.
Makarov ve Ortix, “Bizmut elementini kuantum teknolojik uygulamaları için potansiyel bir aday olarak belirledik” dedi.
“Malzemedeki manyetik alanların ya da manyetizmanın neden olduğu klasik Hall etkisinin aksine, bizmut ince filmlerin yüzeyleri artık akımla doğrusal orantılı olmayan Hall gerilimlerini mümkün kılıyor.
Bu etki, yüksek hızlı devreler için yeni bileşen türlerini mümkün kıldığından oldukça ilginçtir.”
Makarov ve Ortix, kablosuz iletişim uygulamaları için umut verici kuantum malzemeleri arayışlarını genişletmek amacıyla çeşitli araştırma merkezlerindeki araştırmacılarla birlikte çalışmaya başladı. Bu ortaklığın temel amacı, doğrusal olmayan Hall etkisini düzenli bir şekilde ve oda sıcaklığında sergileyen bir malzeme geliştirmekti.
Özellikle, oda sıcaklığında doğrusal olmayan Hall etkisinin gerçek dünya uygulamalarında ayarlanması daha kolay olacak ve aynı zamanda çevre açısından daha zararsız olacaktır.
Son olarak, ekibin kolektif araştırma çabası, bu son derece elverişli özelliklere sahip olduğu keşfedilen ince film temel malzemesi bizmutun tanımlanmasıyla sonuçlandı.
Makarov ve Ortix, bizmutun, malzemenin çoğunda mevcut olan güçlü klasik Hall etkisiyle iyi bilindiğini belirtti.
“Yüzeylerde kuantum süreçlerinin hakim olduğunu ve ortam sıcaklığında bile akım akışını kontrol ettiğini keşfettik. Yöntemin önemli bir avantajı, araştırmacıların kuantum özellikli ince filmlerini silikon levhalar ve hatta plastik dahil olmak üzere çok çeşitli elektronik alt tabakalara yerleştirebilmeleridir.”
Makarov, Ortix ve işbirlikçileri, temel malzeme bizmuttaki doğrusal olmayan Hall etkisini ortam sıcaklığında kontrol etmek için sofistike mikrofabrikasyon tekniklerinden yararlanmaya yönelik bir strateji tanımlıyor.
Bu yöntem, yarı iletken üzerindeki kanalların geometrisini değiştirerek sistemlerindeki akımları doğrudan etkilemelerini sağladı.
Makarov ve Ortix, terahertz (THz) spektrum bölgesinde optoelektronik uygulamalar için polikristalin bizmut ince filmlerin potansiyelini göstermek amacıyla yüksek harmonik üretim çalışmaları yürüttüklerini bildirdi.
Polikristalin Bi ince filmler, ortam sıcaklığında %1’den fazla yüksek THz üçüncü harmonik üretim (THG) verimliliği sergileyerek, bu etkinlik için referans malzeme olan Bi2Se3’ten daha iyi performans gösteriyor.
Makarov, Ortix ve meslektaşlarının keşifleri, kuantumla geliştirilmiş kablosuz iletişim teknolojileri yaratmak için ince film temel malzemesi bizmutun potansiyelini vurgulamaktadır. Gelecekte, yayınları diğer araştırma kuruluşlarını bu malzemeyi denemeye motive edebilir ve potansiyel olarak yeni nesil iletişim standartlarının benimsenmesine yol açabilir.
Makarov ve Ortix, ince film malzemelerimizi kullanarak terahertz elektromanyetik dalgaları doğru akıma dönüştürmenin en büyük teknolojik potansiyele sahip olduğuna inanıyor. Bu, yeni yüksek frekanslı iletişim bileşenlerinin geliştirilmesini sağlayacaktır.
Kaynak: Techxplore
