Katalog

Yeni kuşak materyaller: Topolojik yalıtkanlar Katıhal fiziği ve malzeme bilimi yaklaşık 8 yıl önce keşfedilen [14] ve teknolojik açıdan son derece önemli olan çok yeni bir elektronik hal üzerinde yoğunlaşmıştır. Topolojik yalıtkan (TY) adı verilen bu yeni fiziksel hal bugünlerin en sıcak ve güncel araştırma konularından biri haline gelmiştir. Yard. Doç. Dr. Özgür Polat (İstanbul Kültür Üniversitesi) Yard. Doç. Dr. Yücel Yıldırım (Doğuş Üniversitesi) lece, mevcut cihazlara kıyasla aşırı ısınma problemi ortadan kalkacak ve daha hızlı bilgi iletimi sağlanabilecek. Ayrıca, bu materyallerin spin uyumunun kritik olduğu kuantum bilgisayaraların uygulamaları içinde önemli bir rol üstleneceği öngörülmektedir [5]. Bunun yanı sıra, TY’ler manyetik veya süperiletken katmanlarla yan yana getirildiklerinde pek çok ekzotik fiziksel davranışlar sergileyebilirler [6]. Örneğin, I) süperiletken bir metaryal TY’nin üstüne yerleştirildiğinde teorik olarak bilinen fakat henüz keşfedilemeyen Majorana fermiyonlarınının (sıfır kütleli ve kendi antiparçacığı olan parçacıklarfotonun elektron biçimi gibi düşünebilir) gözlemlenmesine olanak sağlayacağı tahmin edilmektedir. Bu parçacıkların özellikle hata toleranslı kuantum bilgisayarların yapı taşlarını oluşturacağı ve pratik uygulamalarda kilit rol oynayacağı düşünülüyor. II) Bir TY’nin aynı veya başka türden bir TY ile uygun şartlar altında yan yana getirilmesi durumunda oluşacak olan dağılımsız elektronik süperakışkan yüksek performanslı Şekil1. Elektronların iki boyutlu topolojik yalıtkan malzeme üzerinde hareketi. termoelektirik cihazların (örneğin, Akım malzemenin kenarlarında ilerler ve akımın hareket yönü elektronun spini termoelektrik soğutuculular, termone doğrudan bağlıdır [7]. elektrik enerji çeviriciler) yapımında letkenlik ve yalıtkanlık kavramlarına yeni bir boyut kazandıran TY’ler kısaca; yüzeyi boyunca elektron hareketi sağlayan, ancak içinde buna izin vermeyen bir materyal bloku olarak tanımlanabilir; bakır bir tabaka ile kaplı plastik bir kablo gibi düşünülebilir, fakat burada bu özellikleri aynı anda gösteren tek bir materyalden bahsediyoruz! TY malzemelerinde, elektronlar spin (elektronun kendi etrafında dönme hareketi) ve yörünge etkileşimlerinden kaynaklanan bir kuvvet hissederler. Bu kuvvetin etkisiyle elektronlar malzemenin yüzeyinde harekullanılabilir. III) TY’lerin manyetik katmanlara yakınlaştırılması ile düşük güç kullanımlı transistör uygulamaları düşünülebilir. IV) Son olarak multiferroik ve TY arayüzlerinin ferroik Rasgele Erişimli Bellek (randomaccess memory) RAM (feRAM) ve yeni nesil sensörlerin üretiminde rol alabileceği tahmin ediliyor. Topolojik malzeme araştırmaları günümüzde bir çok devlet kuruluşu ve araştırma grubunun en önemli araştırma gündemi haline gelmiştir. Bunun sonucu olarak, yakın gelecekte topolojik sensörler, topolojik kuantum kapasitörler, topolojik transistörler, topolojik bilgisayar çipleri gibi elektronik ve dijital sistemlerin üretimine ve kullanımına tanıklık edeceğiz. Böylesine önemli ve geniş uygulama alanına sahip olan TY’ler ne yazık ki şimdilik pek işlevsel olamamaktadırlar. İdeal TY’ler külçe (bulk) yapılarında yalıtkan yüzey yapılarında ise iletken özellik gösterirler. Ancak mevcut TY’ler yüksek sıcaklıklarda külçe (bulk) yapılarında da iletken özellik (boşluklar, düzensizlik ve yabancı maddelerden kaynaklı) göstermektedirler. Külçedeki (bulkdaki) bu iletkenlik yüzey iletkenliğe zarar vermektedir. Bu durum topolojik malzemelerinin pratik kullanımını sınırlamaktadır. Dolayısıyla, gerçek Topolojik Yalıtkanlar halen keşfedilmeyi bekliyor! Referanslar: İ [1] Kane, C. L. & Mele, E. J. Phys. Rev. Lett. 95, 146802, (2005). [2] Fu, L., Kane, C. L. & Mele, E. J. Phys. Rev. Lett. 98, 106803, (2007). [3] Moore,J. E. & Balents, L. Phys. Rev. B75,121306(R), 2007. [4] Roy, R. Phys. Rev. B 79, 195322, (2009). [5] Nayak , Simon S.H., Stern A., Freedman M., Das Sarma S., Reviews of Modern Physics 80 (2008) 1083 [6] Fu L., Kane C., Physical Review Letters 100, 096407, (2008) [7] http://www.viti.de/viti/EN/Research/Researchnode.html CBT 1359/ 13 5 Nisan 2013 ket ederek akım oluştururlar. Şekil 1. de Elektronlar sıradan malzemelerin içinde ilerlerken yabancı maddelerin varlığından dolayı saçılırlar. Bu durum malzemenin iletkenlik özelliğini büyük ölçüde zedeler ve enerji kaybına neden olur. Ancak TY malzemelerinde yüzeyde hareket eden ve kütlesiz parçacıklar gibi davranan elektronlar yabancı maddelerle karşılaştıklarında hiç etkilenmeden yollarına devam ederler. Böylelikle malzeme yüzeyinde dirençsiz elektron akımı için ayrımlı süperotobanlar oluşur ve bunun sonucunda enerji kaybı önemli ölçüde azaltılmış olur. Bu özellik TY’leri diğer bilinen malzemelerden üstün kılmaktadır. TY’lerin bu sıra dışı özelliğinin pek çok önemli teknolojik gelişmenin önünü açacağı öngörülmektedir: Spintronik (elektronunun dönme özelliğine dayanan elektronik cihazlar) devrelerde elektron yükleri yerine elektron spinlerinin bilgi taşımacılığında ve elektromanyetik kayıt uygulamalarında (örneğin, oda sıcaklığında spintronik ve magnetoelektrik cihazların geliştirilmesinde) kullanılması oldukça umut vericidir. Böy Bilim tarihinde önemli bir öykü T.C. İstanbul Kültür Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü 15 Nisan 2013 Pazartesi günü (Saat 14.00 te Önder Öztunalı Konferans Salonunda) “Gelibolu Yarımadası’nda Bir Bilim Adamı” başlıklı bir konferans düzenliyor. Bu konferans Amerikan Ulusal Standartlar ve Teknolojiler (NIST) Enstitüsü’nden (ABD) Prof. Dr. Miral Dizdaroğlu tarafından verilecek. Prof. Dr. Dizdaroğlu’nun konu ile ilgili Türkiye Bilimler Akademisi tarafından yayımlanmış olan bir kitabı da bulunmaktadır. Dünyanın en parlak genç İngiliz bilimcilerinden biri olan Henry Moseley, Çanakkale Savaşları’na katılmış ve Albay Mustafa Kemal’in de göğsünden vurulduğu kanlı Conk Bayırı savaşında başından vurularak ölmüştü. Moseley, atomun içini bilim dünyasına açan adam olarak bilim tarihine geçti. Mendeleyev’in, ondan yaklaşık kırk dört yıl önce geliştirdiği ve atom ağırlıklarına dayanan periyodik cetveli, Moseley’nin tarihi katkısıyla “Atom numaraları cetveli”ne dönüştü... Moseley’nin ölümünden sonra, değerli bilimcilerin savaşa götürülmesi ulusal trajedi olarak kabul edildi ve 2. Dünya Savaşı sırasında İngiliz hükümeti artık bilimcilere sadece cephe gerisinde görev verdi. Dünyanın en ünlü bilimcileri onun ölümünden sonra şu değerlendirmeyi yaptılar: “Olağanüstü yetenekli bu insanın ölümü çok büyük acıdır. En parlak bir tasarlamayla ve yetenekle bu genç adam daha önce rüyasını bile göremediğimiz bir biçimde atomun dünyasını görebileceğimiz pencereleri açmıştır. Avrupa’daki bu savaş başka bir şey yapmayıp sadece bu genç insanın yaşamını bitirse bile, tarihte görülen en korkunç ve en onarılamayacak bir cinayettir.”