Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Yeni Kuantum Malzemeler, Neredeyse Işık Hızında Elektrik İletiyor!

Hazırlayan: Nur Sökmen

Fizikçiler, geleceğin “harika materyali” olarak tabir edilen “grafen“i tahtından indirebilecek yeni 2 boyutlu (2D) kuantum malzemeler üzerinde çalışıp özelliklerini test etmektedirler.

Neredeyse ışık hızında elektrik iletebilen bu kuantum malzemeler, hiper-hızlı bilgisayarların yeni nesillerinde, silikonun yerini alabilirler. Hatta zaman akışını tersine çevirebilen veya zaman çevrimi simetrisini bozabilen yeni bir “egzotik süper iletken“in temeli bile oluşturulabilir.

Kozmik Anafor’un notu: Elektrik, iletken malzemeler üzerinde sanılanın aksine ışık hızı veya ışık hızına yakın bir hızda değil, belirgin oranda yavaş ilerler. Aslında elektriği oluşturan elektronların kabloda “akma hızı” söz konusu değildir, çünkü elektron akışı değil “salınımı” söz konusudur. Ancak, elektriğin iletim hızından söz edecek olursak; elektrik akımı, üzerinde ilerlediği iletkenin niteliği, kalınlığı, akımın miktarı ve sıcaklığa bağlı olarak oldukça değişkenlik gösterse de, ışık hızının yarısı ile üçte ikisi arasında değişim gösterir. Yine, bu aktarım hızı ortamın niteliğine göre saniyede birkaç kilometre veya birkaç metreye dahi düşebilir.

Grafen Kuantum

California Üniversitesi’nden Xia ve ekibi, ABD ve Çin’deki birçok üniversiteden araştırmacılarla birlikte, önümüzdeki on yılda bilgisayar kullanımında devrim yaratacak bir avuç kuantum malzemesinin potansiyelini araştırıyor. Jing Xia, kendi tasarladığı fiber-optik Sagnac interferometresini, dünyadaki en hassas manyetik mikroskop olarak adlandırıyor.

Çelikten daha güçlü, elmastan daha sert ve esnek, 2D karbon atomu levhası şeklindeki “grafen”, iletkenlik açısından muazzam bir potansiyel taşısa da bilgisayar kullanımı açısından büyük bir dezavantaja sahiptir; o da manyetik olmadığı gerçeği.

İşte bu noktada grafenin başka bir 2 boyutlu kuzeni sayılan “krom germanyum tellürür (CGT)” devreye giriyor.

Xia’nın hassas manyetik mikroskopunu (fiber optik Sagnac interferometresi) kullanan ekip, sadece iki atom kalınlığında, birkaç mikron uzunluğunda ve birkaç mikron çapında mikroskopik bir CGT taneciği gözlemlediler (Kıyaslamak isterseniz, tek bir insan saç telinin kalınlığı yaklaşık 17 – 180 mikron arasında değişir).

Ekip, -233°C sıcaklıktaki CGT’nin manyetik özelliklerini hem ölçüp hem de teyit etti. Böylece sonunda, kuantum fiziğinde on yıllardır süregelen şu soruya cevap bulunmuş oldu: “Manyetizma, 2 boyuta indirgenmiş materyallerde var olmaya devam edebilir mi?

Bu deney, birçok insanı şaşırtan atomsal olarak ince ve düz bir mıknatıs için, somut bir kanıt sundu.

Bugünün bilgisayarlarındaki elektronlar yerine; kütlesiz, ışık hızında hareket eden Dirac ve Majorana fermiyonları formunda elektriği iletme yeteneği olan bu malzeme, bilimsel açıdan büyük bir ilgiye layık olduğunu kanıtladı.

Araştırmanın başında bulunan Jing Xia (Telif: Steve Zylius / UCI)

Mikroskop altında bulunan bir diğer yeni kuantum materyal ise, “bizmut ve nikel” karışımı. Araştırmacılar, bu ikisini çok düşük sıcaklıklarda (-269°C) bir araya getirdiklerinde; “zaman çevrimi simetrisini bozan egzotik bir süper iletken” keşfettiler. T-simetrisi olarak da adlandırılan zaman çevrimi simetrisi, zaman akışını etkili bir şekilde tersine çevirme kabiliyeti ile ilişkilidir. Saati geri çevirdiğinizi düşünün ve bir bardak kırmızı çayın yeşile döndüğünü…

Bu da çayı çok egzotik yapmaz mıydı?

Xia, “Bu durum gerçekten de süper iletkenler için egzotiktir ve 2D malzemelerde ilk kez görülmüştür” diye belirtiyor.

Şimdi bu yeni kuantum malzemelerin sahip olduğu potansiyele bir göz atılmış oldu, sonraki adım ise onları gelecekte, devrimsel nitelik taşıyan kuantum bilgisayarlarda kullanmak için daha pratik hale getirmek olacak.

Çeviri: Nur Sökmen

Kaynak: http://www.sciencealert.com/these-new-quantum-materials-can-conduct-electricity-at-nearly-the-speed-of-light
Kapak Görseli ve CGT’nin resim linkleri sırasıyla:
http://www.sciencealert.com/images/articles/processed/chromium-germanium-telluride__1024.jpg
http://newscenter.lbl.gov/wp-content/uploads/sites/2/2017/04/cgt-figure670.jpg

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Nur Sökmen

Anadolu Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü mezunu.