Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar bir simyacının hayalini gerçekleştirdi. Bunun gibi bir şey. Grafen metaforik olarak “altına” dönüştürmenin bir yolunu buldular.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ndeki fizikçiler, kurşun kalem kurşununun ana bileşenlerinden biri olan ve belirli bir düzende düzenlenmiş beş ultra ince grafit plakacığını ayırmak için bir yöntem geliştirdiler. Ortaya çıkan malzeme, daha önce doğal grafitte görülmemiş üç önemli özelliği sergileyecek şekilde ayarlanabilir.
MIT’de fizik profesörü ve çalışmanın lideri Long Ju, yaptığı açıklamada, “Bu bir tür bütünsel yaklaşım” dedi. “Doğa birçok sürpriz hazırladı. Bu durumda tüm bu ilginç şeylerin grafitte bulunduğunu hiç fark etmedik.”
Ju şunu ekledi: “Bu kadar çok özelliği bir araya getirebilen malzeme bulmak çok nadirdir.”
Peki burada neler oluyor? Yani grafit, altıgenlerden oluşan bir bal peteği yapısında düzenlenmiş tek bir karbon atomu tabakası olan grafenden oluşur. Yaklaşık 20 yıl önce ilk kez izole edildiğinden beri araştırmacılar bu muhteşem harika malzemeye çok dikkat ettiler.
Daha sonra, yaklaşık beş yıl önce, MIT araştırmacıları, grafen tabakalarını istiflemenin ve ardından bunları birbirlerine hafif açılarla bükmenin malzemeye heyecan verici yeni özellikler kazandırabileceğini ve özünde yeni bir araştırma alanı yaratabileceğini keşfetti: “twistronics.”
Ancak Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nün son çalışmaları, grafenin ilginç yeni özelliklerini herhangi bir bozulma olmadan ortaya çıkardı.
Ju ve meslektaşları, belirli bir düzende düzenlenmiş beş grafen katmanının, içlerinde hareket eden elektronların “birbirleriyle konuşmasına” izin verdiğini, buna elektron korelasyonu adı verilen bir süreç keşfettiler. Ju’nun açıkladığı gibi bu fenomen, “tüm bu yeni özellikleri mümkün kılan sihirdir.”
Ju ve meslektaşları tarafından izole edilen malzemeye eşkenar dörtgen şeklinde katlanmış beş katmanlı grafen adı verildi. Bu muhteşem yapının kalınlığı metrenin yalnızca birkaç milyarda biri kadardır.
Bu bir tür sihirdir
2021’de Ju, nano ölçekte birçok önemli malzeme özelliğini hızlı ve nispeten ucuz bir şekilde belirleyebilen bir mikroskop yaptı. Saçılma yakın alan optik mikroskobu (s-SNOM) kullanan mikroskop, bilim adamlarının belirli istifleme düzenlerini tanımlamasına ve izole etmesine olanak tanır. Araştırmacılar, çok katmanlı grafenin istiflenmesini inceleyerek, beşli katmanları, 10’dan fazla olası istifleme düzeninden biri olan eşkenar dörtgen istifleme düzeninde izole etmeyi başardılar.
Bu nedenle, komut eylemlerinin anlaşılmasını kolaylaştırmak için sandviç dili kullanılarak tanımlanması en iyisidir.
Elektrotları küçük bir bor nitrür sandviçine (beş katmanlı eşkenar dörtgen şeklinde istiflenmiş grafenin “etini” koruyan “ekmeğe”) bağladılar. Elektrotlar, farklı voltajlar kullanarak sistemi kontrol etmelerine ve ayarlamalarına olanak tanıdı; bu da, her biri sistemdeki elektron sayısına bağlı olarak malzemede üç farklı olay yarattı.
Joo, “Malzemenin yalıtkan, manyetik veya topolojik olabileceğini bulduk” diye açıkladı. Topolojik bir malzeme, elektronların malzemenin merkezi boyunca değil, kenarı boyunca serbestçe hareket etmesine izin verir. Bu fenomen bir dereceye kadar hem iletkenler hem de yalıtkanlarla ilişkilidir.
Elektronlar, malzemenin merkezini oluşturan bir orta şeritle ayrılmış, malzemenin kenarında bir tür “otoyol” boyunca tek yönde hareket eder. Bu, topolojik malzemenin kenarının mükemmel bir iletken, merkezinin ise yalıtkan olduğu anlamına gelir.
Ekip, makalelerinde şu sonuca varıyor: “Çalışmamız, eşkenar dörtgen şeklinde istiflenmiş çok katmanlı grafeni, güçlü bir şekilde ilişkili ve topolojik fizikteki bu yeni olasılıkları keşfetmek için oldukça ayarlanabilir bir platforma dönüştürüyor.”
Bu yazı Nature Nanotechnology adresinden derlenmiştir.