Fizikçiler Egzotik Elektron Sıvısı Oluşturdu

Güçlü lazer darbeleriyle ultra ince yarı iletken bir sandviçi (yoğun katmanlarla hafif düşük yoğun malzeme karıştırılarak oluşturulan bir kompozit malzemeyi) bombalayarak, Kalifornia Universitesindeki ,Riverside,  fizikçiler oda sıcaklığında ilk “elektron sıvısını” oluşturdular.

Bu edinim, kızıl ötesi ışık ve mikrodalgalar arasında, terahertz dalga boylarında ışık üretmek ve tespit etmek için ilk pratik ve verimli cihazların geliştirilmesine yol açar. Bu tür cihazlar, uzayda iletişim, kanser tespiti ve gizlenen silahların taraması gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.

Araştırma ayrıca, maddenin temel fiziğinin sonsuz küçük ölçeklerde keşfedilmesini sağlayabilir ve yapıları atomik boyutlarda tasarlanan kuantum metamalzemelerin bir çağ başlatmasına yardım edebilir.

UCR fizikçileri bulgularını 4 Şubat’ta Nature Photonics dergisinde online yayınladılar. Onlar, UCR Kuantum Malzemeleri Optoelektronik Laboratuvarı’nı yöneten Fizik Doçenti Nathaniel Gabor tarafından yönetildi. Diğer ortak yazarlar, laboratuar üyeleri Trevor Arp ile Dennis Pleskot ve Fizik ve Astronomi Doçenti Vivek Aji idi.

Bilim insanları, deneylerinde yarı iletken molibden ditellurid’den ultra ince bir sandviçi karbon grafen katmanları arasında inşa ettiler. Katmanlı yapı, tek bir DNA molekülünün genişliğinden yalnızca biraz daha kalındı. Daha sonra malzemeyi saniyenin dörtte birinde ölçen süper hızlı lazer darbeleriyle bombaladılar.

Gabor, “Normalde, silikon gibi yarı iletkenlerle, lazer uyarımı, elektronları ve malzemede yayılan ve sürüklenen pozitif yüklü deliklerini oluşturur.” dedi.Bununla birlikte, deneylerinde, araştırmacılar bir sıvının eşdeğeri içinde yoğunlaşma kanıtı tespit ettiler. Böyle bir, su gibi ortak sıvılara benzeyen özelliklere sahip olacaktır, ancak bunun dışında moleküllerden değil, yarı iletkendeki elektronlardan ve deliklerden oluşması gerekir.

Gabor, “Sisteme atılan enerji miktarını yükseltiyorduk ve hiçbir şey, hiçbir şey, hiçbir şey görmedik – sonra aniden malzemede“ anormal bir foto-akım halkası ”olarak adlandırdığımız şeyin oluşumunu gördük” dedi. “Sıvı olduğunu anladık çünkü gaz gibi hareket etmek yerine bir damlacık gibi büyüdü.”“Yinede bizi gerçekten şaşırtan şey, bunun oda sıcaklığında gerçekleşmesiydi” dedi. “Daha önce, bu tür elektron deliği sıvıları yaratan araştırmacılar, bunu yalnızca uzaydan bile daha soğuk olan derecelerde yapabiliyorlardı.” Gabor, bu tür damlacıkların elektronik özelliklerinin, spektrumun terahertz bölgesinde daha önce görülmemiş bir verimlilikle çalışan optoelektronik cihazların geliştirilmesine olanak sağlayacağını söyledi.

Terahertz dalga boyları kızılötesi dalgalardan daha uzun, ancak mikrodalgalardan daha kısadır ve bu dalgalardan faydalanmak için teknolojide bir “terahertz boşluğu” varolmuştur. Terahertz dalgaları, sınırlı nüfuz etme ve yoğunluk farklılıklarını çözme yeteneklerinden dolayı cilt kanserlerini ve diş çürüklerini tespit etmek için kullanılabilir. Benzer şekilde, dalgalar, ilaç tabletleri gibi ürünlerdeki kusurları tespit etmek ve giysinin altına gizlenmiş silahları bulmak için de kullanılabilir.

Terahertz vericileri ve alıcıları, uzayda daha hızlı iletişim sistemleri için de kullanılabilir. Ve Gabor, elektron deliği sıvısının, şu anda kullanımda olan silikon bazlı devrelerden çok daha küçük olma potansiyeli sunan kuantum bilgisayarların temeli olabileceğini söylediDaha genel olarak, Gabor, laboratuvarında kullanılan teknolojinin, elektronların hassas şekilde manipülasyonlarını yeni yollardan etkilemelerine olanak tanıyan atom ölçeği boyutları ile sahip “kuantum metamateryalleri” oluşturmak için temel olabileceğini söyledi.
Elektron deliği “nano su birikintileri” ile ilgili daha ileri araştırmalarda, bilim insanları yüzey gerilimi gibi onların sıvı özelliklerini keşfedecekler.Gabor, “Şu anda, bu sıvının nasıl akışkan olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yok ve bulmak önemli olacaktır” dedi.Gabor,  ayrıca  temel fiziksel olayları keşfetmek için teknolojiyi kullanmayı planlıyor. Örneğin, elektron deliği sıvısını aşırı düşük sıcaklıklara soğutmak, maddenin yeni temel prensiplerini ortaya çıkarabilecek egzotik fiziksel özelliklere sahip bir “kuantum sıvısına” dönüşmesine neden olabilir.
Deneylerinde araştırmacılar iki anahtar teknoloji kullandılar. Molibden ditelluride ve karbon grafenin ultra ince sandviçlerini inşa etmek için, “elastik damgalama” adı verilen bir teknik kullandılar. Bu yöntemde, atom-kalın grafen ve yarı iletken tabakalarını toplamak ve istiflemek için yapışkan bir polimer film kullanılır.
Hem yarı iletken sandviçin içine enerji pompalamak hem de etkileri görmek için Gabor ve Arp tarafından geliştirilen “çok parametreli dinamik foto-yanıt mikroskobu” kullanıldı. Bu teknikte, ultra hızlı lazer darbelerinin ışınları, üretilen akımı optik olarak eşlemek için bir numuneyi taramak üzere manipüle edilir.

Kaynak :http://dx.doi.org/10.1038/s41566-019-0349-y

http://www.bizsiziz.com/physicists-create-exotic-electron-liquid/

Çeviri: Yaasemin Barık

39 Paylaşımlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
7 + 28 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.