Cenevre Üniversitesi (UNIGE) liderliğindeki uluslararası bir ekip tarafından elektronların yaşadığı uzayın dokusunun isteğe bağlı olarak bükülmesini sağlayan bir kuantum maddesi geliştirildi. Modern bilgi ve iletişim teknolojisi, araştırmacılar ve iş dünyası için yeni zorluklar yaratmıştır. Bu sorunların en potansiyel çözümü, şaşırtıcı özelliklerini kuantum fiziği yasalarından alan yeni kuantum malzemelerinin yapımıdır.
Salerno, Utrecht ve Delft üniversitelerinden araştırmacılar, içinde geliştikleri uzayın yapısını bükerek elektron dinamiklerinin kontrol edilmesini sağlayan bir malzeme yarattılar. Küresel ortaklık Cenevre Üniversitesi (UNIGE) tarafından yürütülüyor. Geleceğin elektronik aygıtları, özellikle de optoelektronik alanındakiler bu gelişmeden faydalanabilir. Nature Materials dergisi bulguları yayınladı.
Geleceğin telekomünikasyon teknolojileri yepyeni, son derece güçlü elektronik aygıtlara ihtiyaç duyacak. Bunlar elektromanyetik sinyalleri daha önce duyulmamış hızlarda, pikosaniye ya da saniyenin milyarda biri ya da daha düşük hızlarda işleyebilmelidir.
Telefonlarımızın, bilgisayarlarımızın ve oyun konsollarımızın elektronik bileşenlerinde sıklıkla kullanılan silikon gibi günümüzün yarı iletken malzemeleri ile bu hayal bile edilemez. Bilim insanları ve iş dünyası bunu yapmak için yeni kuantum malzemeler yaratmaya odaklanıyor.
Bu kuantum malzemeler, özel özellikleri, özellikle de kendilerini oluşturan elektronların kolektif reaksiyonları nedeniyle yeni elektronik cihazlarda bilgi taşıyan sinyalleri (örneğin kuantum telekomünikasyon durumunda fotonları) yakalamak, manipüle etmek ve iletmek için kullanılabilir. Ayrıca daha önce keşfedilmemiş elektromanyetik frekans bölgelerinde de işlev görebilirler ve bu da son derece hızlı iletişim ağlarının yolunu açacaktır.
Elektronların kavisli uzayda evrilme yeteneği kuantum maddesinin en ilgi çekici özelliklerinden biridir. Elektronların yaşadığı uzayın bu deformasyonu nedeniyle, kuvvet alanları sıradan malzemelerde tamamen eksik olan davranışlar üretir. UNIGE Fen Fakültesi Kuantum Madde Fiziği Bölümü’nde profesör olan ve çalışmanın son yazarı Andrea Caviglia’ya göre, “Bu, kuantum süperpozisyon ilkesinin olağanüstü bir uygulamasıdır.”
Cenevre, Salerno, Utrecht ve Delft Üniversitelerinden araştırmacıların oluşturduğu uluslararası ekip, ilk teorik incelemeyi yaptıktan sonra uzay dokusunun eğriliğinin değiştirilebilir olduğu bir malzeme yarattı.
Çok küçük bir serbest elektron katmanına sahip bir arayüz oluşturduk. Bu katman, yalıtkan oksitler stronsiyum titanat ve lantan alüminat ile çevrelenmiştir,” diye açıklıyor Salerno Üniversitesi’nde profesör olan ve projenin koordinatörlüğünü yürüten Carmine Ortix. Bu kombinasyon sayesinde, isteğe bağlı olarak kontrol edilebilen belirli elektronik geometrik konfigürasyonlar yaratabiliyoruz.
Çalışma ekibi bunu başarmak için atomik ölçekte malzeme üretimine yönelik en son teknolojiyi kullandı. Her bir atom katmanı lazer darbeleri kullanılarak birbiri ardına yığıldı. Araştırmacılara göre, “bu yöntem, malzemenin davranışını etkileyen uzayda belirli atomik konfigürasyonlar oluşturmamızı sağladı.”
Bu yeni malzeme, teknolojik uygulama olasılığı henüz çok uzak olsa da, son derece hızlı elektromanyetik sinyal manipülasyonunun araştırılmasında yeni ufuklar açmaktadır. Ayrıca, bu bulgular kullanılarak yeni sensörler oluşturulabilir. Çalışma ekibinin bir sonraki adımı, olası uygulamalarını daha kesin bir şekilde belirlemek için bu malzemenin güçlü elektromanyetik alanlara nasıl tepki verdiğini izlemeye devam etmek olacak.
Kaynak: Scitechdaily – “Designing spin and orbital sources of Berry curvature at oxide interfaces” by Edouard Lesne, Yildiz G. Saglam, Raffaele Battilomo, Maria Teresa Mercaldo, Thierry C. van Thiel, Ulderico Filippozzi, Canio Noce, Mario Cuoco, Gary A. Steele, Carmine Ortix and Andrea D. Caviglia, 16 March 2023, Nature Materials.
