Elektronlar İlk Kez 3 Boyutlu Bir Kristalde Hapsoldu
Araştırmacılar elektronları ilk kez üç boyutlu bir kristalde hapsetmeyi başardılar; bu da elektronların elektronik “düz bant” adı verilen ve süper iletkenliği de içeren bir durumdayken ürettikleri kuantum etkileriyle oynamaya başlamalarını sağlayan bir atılım oldu.
3 boyutlu bir malzemede hareket eden bir elektron, atomlarının kafesiyle farklı şekillerde etkileşime girecektir, bu nedenle elektronun kinetik enerjisi genellikle bir aralık veya bant cinsinden tanımlanır. Elektronun bandı düzse, bu aralığın sıfır olduğu anlamına gelir – enerjisi kafesle etkileşimden bağımsızdır. Basitçe, bu elektron sıfır hıza sahiptir ve belirli bir konum etrafında sıkışıp kalır.
Bir elektron düz bantta olduğunda, hala bulunduğu yerin etrafındaki atomların elektronlarıyla etkileşim halindedir. Bu etkileşimler, bir elektron malzemeye doğru hareket ederken ihmal edilemeyecek kadar az enerjiye sahiptir, ancak elektron yerinde sıkışıp kaldığında, aniden önem kazanırlar. Ve süperiletkenlik ve diğer ilginç elektromanyetik özellikler gibi tuhaf kuantum özellikleri ortaya çıkar.
Kagome 3D kafesi elektronları hapsedebilir.Resim Kredisi: MIT News aracılığıyla araştırmacıların izniyle
Yeni çalışmada araştırmacılar, elektronu her üç boyutta da hapseden 3 boyutlu düz bir bant oluşturmanın mümkün olduğunu gösterdiler. Araştırmacılar, geleneksel Japon sepet örme sanatında kullanılan 3D kagome şeklindeki bir kafes kullandılar. Benzer 2D kafesler zaten düz bant elektronları göstermişti, bu nedenle ekip bunun 3D’de başarılı bir şekilde yaratmanın bir yolu olduğunu düşündü.
MIT’de fizik profesörü olan çalışma yazarı Joseph Checkelsky yaptığı açıklamada, “Artık bu geometriden düz bir bant yapabileceğimizi bildiğimize göre, yeni teknolojiler için bir platform olabilecek başka yeni fiziğe sahip olabilecek diğer yapıları incelemek için büyük bir motivasyonumuz var” dedi.
Kimyasal bir modifikasyon yapılarak sistem bir süper iletkene dönüştürüldü. Bu, elektronların direnç göstermeden aktığı bir malzemedir. Kristali yapmak için ekip laboratuvarda piroklor kristalleri sentezledi.
Checkelsky, “Bu, doğanın kristalleri nasıl ürettiğinden farklı değil,” diye açıkladı. “Bazı elementleri bir araya getiriyoruz – bu durumda kalsiyum ve nikel – onları çok yüksek sıcaklıklarda eritiyoruz, soğutuyoruz ve atomlar kendi başlarına bu kristal, kagome benzeri konfigürasyona düzenleniyor.”
Nikel yerine rodyum ve rutenyum atomlarını değiştirmek aynı geometrik konfigürasyonu yaratır, ancak düz bandın değerini sıfır enerjiye (sadece sıfır hıza değil) iter – süper iletkenliğin gerçekleştiği yer burasıdır.
Fizik profesörü Riccardo Comin, “Bu, yeni ve ilginç kuantum malzemelerin nasıl bulunacağını düşünmek için yeni bir paradigma sunuyor” diye ekledi. “Elektronları hapsedebilen bu atomik düzenlemenin bu özel bileşeniyle, her zaman bu düz bantları bulduğumuzu gösterdik. Bu sadece şanslı bir vuruş değil. Bu noktadan sonra yapılması gereken, potansiyel olarak daha yüksek sıcaklıklarda süperiletkenliği sürdürebilmek için düz bantlı malzemelerin vaadini gerçekleştirmek üzere optimizasyon yapmaktır.”
Bu kristaller ya da benzerleri bir gün ultra verimli güç hatları inşa etmek, güçlü kuantum bilgisayarlar ve hatta daha hızlı elektronik cihazlar yaratmak için optimize edilebilir.
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber