Cumartesi , 26 Eylül 2020
Yarı İletkenler Birbirine Yapışınca, Kuantum Malzemeye Dönüşüyor 1 – yari iletkenler birbirine yapisinca kuantum

Yarı İletkenler Birbirine Yapışınca, Kuantum Malzemeye Dönüşüyor

Yeni bir emek verme, atomik olarak ince yarı iletkenlerin katmanlarının hizalanmasının, egzotik yeni bir kuantum materyali verebileceğini ortaya koyuyor.

Araştırmacılar basit yarı iletken malzemeleri kuantum makinelere dönüştürebilen kolay bir yöntem geliştirdiler. Muhteşem elektronik davranışla işaretlenmiş cihazlar; enerji tasarruflu elektronik sistemleri hedefleyen, bir takım endüstride devrim yaratabilecek bir platform sağlayabilirler.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Lab) Araştırma Ekibi, basit yarı iletken malzemeleri olağan dışı elektronik davranışlarla işaretlenmiş cihazların üzerine getiren, kuantum makinelere dönüştürecek kolay bir yöntem geliştirdi. Bu şekilde bir gelişme, enerji tasarruflu elektronik sistemleri hedefleyen bir takım sektörde devrim yaratabilir ve egzotik yeni fizik için bir platform sağlayabilir.

2D tungsten disülfür ve tungsten diselenid katmanlarını, karmaşık bir halde desenlenmiş bir materyal yada üst düzlem oluşturmak için bir araya getiren yöntemi tanım eden emek verme, Nature Dergisi’nde çevrimiçi olarak gösterildi.

Berkeley Lab’ın Araç-gereç Bilimleri Kısmı ve UC Berkeley’de Yoğunlaştırılmış Madde Fizikçisi Prof. Feng Wang: “Yarı iletken malzemelerin kuvvetli bir halde etkileşimde bulunacaklarını daha ilkin düşünemedik. Emek verme görünüşte basit yarı iletkenleri, kuantum araç-gereç alanına getirdi.”

Bir tek bir atom genişliğinde olan iki boyutlu (2D) malzemeler, küçük cihazlar oluşturmak için hazzı olarak istiflenebilecek nanosize (nanoölçek) yapı taşları gibidir. İki, 2D malzemenin kafesleri benzer ve iyi hizalanmışsa, moiré superlattice* adında olan yinelenen bir desen oluşabilir.

Araştırmacılar; 2 boyutlu malzemeleri birleştirmek amacıyla, çoğu zaman grafen ile başlayarak, ısı ve elektriği verimli bir halde iletme kabiliyetline haiz malzemeler üstünde çalışıyorlar. Bu emek verme grubundan başka araştırmacılar ise; grafen ile oluşturulan hareli üst yapıların, katmanları tam açıyla hizalandığında süper iletkenlik şeklinde egzotik bir fizik sergilediklerini keşfetmişlerdir.

Wang’ın önderlik etmiş olduğu yeni çalışmada, 2D yarı iletken araç-gereç numunesini; (tungsten disülfid ve tungsten diselenid kullanıldı)katmanlar arasındaki büküm açısının, 2D yarı iletken bir sistemi yüksek oranda egzotik bir kuantum malzemeye dönüştürmek için bir “ayar düğmesi” sağladığını göstermek için kullandı.

Yeni Bir Fizik Alanı

Araştırmacılar tungsten disülfid ve tungsten diselenid örneklerini polimer bazlı kullanarak üretti. Her biri bir tek onlarca mikron çapındaki bir malzemenin yongalarının toplanması ve nakledilmesi için ayrı bir tekniktir. Bundan önceki emek verme için benzer materyal örnekleri üretmişler, sadece iki tabakayı belirli bir açıda istifleyememişlerdi. Bu emek verme için yeni bir tungsten disülfür ve tungsten diselenide numunesinin optik absorpsiyonunu ölçtüklerinde, tamamen şaşırtıcı sonuçlar elde ettiler.

Bir tungsten disülfür/tungsten diselenid cihazında; görünür ışığın emilmesi; ışığın, 2D yarı iletkenlerde ortak bir deliğe bağlı bir elektrondan oluşan kuasipartikül olan bir sistem ekseni ile aynı enerjiye haiz olduğunda en büyük olması durumudur. (Fizikte, bir delik; bir elektronun işgal edebileceği boş bir durumu ifade eder.)

Araştırmacıların düşündükleri enerji aralığındaki ışık için bir eksenin enerjisine karşılık gelen sinyalde, bir tepe görmesi bekleniyordu. Bunun yerine, görmeyi bekledikleri orijinal zirvenin, üç ayrı dışlanma durumunu temsil eden üç değişik tepe noktasına bölündüğünü buldular.

Araştırmacıların sorguladıkları ise;
-“Tungsten disülfid / tungsten diselenide cihazındaki eksilme durumlarının sayısını bir’den üç’e ne yükseltmiş olabilir?”
-“Bir moiré superlattice ilavesi miydi?”

Bu probleminin cevabı için tungsten disülfür/tungsten diselenide aletinin atom çözünürlüğünde olan görüntülerini almak için, Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM) kullandılar ve ‘kafesler’i dizdiler.

Araştırmacıların, baştan beri şüphelendiklerini TEM görüntüleri yardımıyla: Materyaller hakkaten bir moiré superlattice oluşturdu.

Araştırmacı Emma Regan: “Bu deneysel gözlemi kuramsal bir modelle karşılaştırdıktan sonrasında, Moiré Deseni’nin aygıt üstünde periyodik olarak büyük bir potansiyel enerji açığa çıkardığını ve bu yüzden egzotik kuantum fenomenlerini getirebileceğini gördük.”

Araştırmacılar, bu yeni kuantum sisteminin, (elektronikte ışığın kullanımıyla ilgili olan) optoelektronikte iyi mi uygulanabileceğini ölçmeyi planlıyorlar. Bu çalışmayla elektronik bileşenlerin minyatürleştirilmesiyle Moore Yasası’nın** sınırlarını genişletebilecek bir alan ve elektronların neredeyse asla direnci olmayan cihazlarda akmasına müsaade eden süper iletkenliği düşünüyorlar.

*Moiré Deseni (Moiré Superlattice): Çeşitli paralel çizgilerin kendilerine yakın açılı başka çizgilerle kesişmesi sonucu ortaya çıkan ve bir tür göz aldanması olan kavisli patern.

**Moore Yasası: 1970’li yıllara dayanan bir hesaplama terimidir; bu kanunun basitleştirilmiş versiyonu, işlemci hızlarının yada bilgisayarlar için genel işlem gücünün iki yılda bir iki katına çıkacağını belirtir. Değişik bilgisayar şirketlerinde bulunan teknisyenler içinde meydana getirilen süratli bir denetim, terimin fazlaca popüler olmadığını sadece kuralın kabul edildiğini göstermektedir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir