RIKEN’in bir çalışması, molibden disülfürün (MoS₂) atomik katmanları arasına doğru miktarda potasyum iyonu yerleştirerek, bu malzemenin yarı iletken, metal, süper iletken ya da yalıtkan özellikler kazanabileceğini gösteriyor. Aynı katmanlı malzeme, RIKEN fizikçileri tarafından geliştirilen bir transistör aracılığıyla elektronik özellikleri değiştirilerek süper iletken, metal, yarı iletken veya yalıtkan hale getirilebiliyor.
Ekibi yöneten RIKEN Yeni Madde Bilimi Merkezi’nden Yoshihiro Iwasa, “Tek bir malzemenin farklı elektronik özelliklere sahip olması, malzeme bilimi açısından oldukça ilginç.” diyor.
Bu malzeme, molibden disülfür (MoS₂) olup, sülfür atomlarıyla sıkıştırılmış molibden atomlarının katmanlarını içeren son derece ince bir kristal olarak izole edilebilmektedir. Bu sülfür atomları farklı şekillerde düzenlenebilir ve 2H ile 1T olarak bilinen iki farklı faz oluşturabilir. 2H fazı yarı iletken, 1T fazı ise metaldir.
Iwasa, “2H molibden disülfürün, gelecek nesil yarı iletken cihazlarında kullanılmak üzere oldukça umut verici olduğunu belirtiyor.” diyor.
RIKEN araştırmacıları şimdi bu faz geçişini daha ayrıntılı bir şekilde incelediler. Bir alan etkili transistör (FET) adı verilen bir cihaz yaptılar ve bunu 2H molibden disülfür örneğine bağladılar. Transistör voltajını değiştirerek, potasyum iyonlarını malzemenin içine hassas bir şekilde yönlendirebildiler.
Araştırmacılar, daha fazla potasyumun malzemenin içine girdikçe, malzemenin fazının aniden 2H’den 1T’ye geçtiğini gözlemlediler. Bu, her beş molibden atomuna iki potasyum iyonu girdiğinde gerçekleşti.
Ardından, doğru miktarda potasyum ekleyip örneği –268°C’ye soğutarak, araştırmacılar 1T fazının süper iletken hale geldiğini keşfettiler.
Süper iletkenlik daha önce 2H fazında gözlemlenmiş olsa da bu durum 1T fazında beklenmiyordu ve farklı bir sıcaklıkta gerçekleşti. “En büyük sürprizimiz, potasyum iyonlarını eklediğimizde süper iletkenlik gözlemlememiz oldu.” diyor Iwasa.
Daha fazla sürpriz ortaya çıktı. Araştırmacılar, potasyumun 1T molibden disülfürden sızmasına izin vererek malzemenin içindeki potasyum iyon seviyeleri nispeten düşük seviyelere düştü ve sıcaklık –193°C’ye ayarlandığında, malzemenin metalden yalıtkana dönüştüğünü gözlemlediler.
Iwasa, “Bunu ilginç bulduk çünkü böyle bir olgunun gerçekleşeceğini beklemiyorduk.” diyor.
Bu sonuçlar, potasyum iyonlarını bu şekilde eklemenin molibden disülfür gibi iki boyutlu malzemelerin yapısını ve özelliklerini kontrol etmede güçlü bir yöntem olduğunu gösteriyor. Bu yöntem, yeni süper iletkenlerin keşfine yardımcı olabilir.
Iwasa, “Bu yöntemi son on yılda geliştiriyoruz ve bunun, sadece süper iletkenlerin ve ilgili elektronik fazların yeni özelliklerini keşfetmek için değil aynı zamanda yeni süper iletkenler keşfetmek için de kullanışlı olduğunu gösterdik.” diyor.
Kaynaklar:
- htps://phys.org/news/2025-03-transistor-reshapes-electronic-properties
- Ricky Dwi Septianto et al, Gate-Controlled Potassium Intercalation and Superconductivity in Molybdenum Disulfide, Nano Letters (2024). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c04134
Haberi Derleyen: Selin Karavul – Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü Öğrencisi
