Dolar 9,3088
Euro 10,8387
Altın 529,59
BİST 1.430
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 17 °C
Çok Bulutlu

Nano Optikte Çığır Açan: Araştırmacılar İlk Kez 2D Malzemelerde Ses-Işık Darbelerini Gözlemlediler

14.06.2021
126
Nano Optikte Çığır Açan: Araştırmacılar İlk Kez 2D Malzemelerde Ses-Işık Darbelerini Gözlemlediler

Işığın Mekânsal Zaman Senfonisi

Technion – İsrail Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar, ultra hızlı bir transmisyon elektron mikroskobu kullanarak, ilk kez, birleşik ses ve ışık dalgalarının atomik olarak ince malzemelerde yayılımını kaydettiler.

Deneyler, Andrew ve Erna Viterbi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Fakültesi ve Katı Hal Enstitüsü’nden Profesör Ido Kaminer başkanlığındaki Robert ve Ruth Magid Elektron Işın Kuantum Dinamiği Laboratuvarı’nda yapıldı.

Alternatif olarak 2D malzemeler olarak bilinen tek katmanlı malzemeler, kendi içlerinde yeni malzemelerdir, tek bir atom katmanından oluşan katılardır. Keşfedilen ilk 2D malzeme olan grafen, ilk kez 2004 yılında izole edildi ve bu, 2010 Nobel Ödülü’nü kazandıran bir başarıydı. Şimdi, Technion bilim adamları ilk kez bu malzemelerin içinde ışık atımlarının nasıl hareket ettiğini gösteriyor. Bulguları, “Serbest Elektronları Kullanarak 2D Polariton Dalga Paketi Dinamiğinin Uzaysal Zamansal Görüntülemesi” yayınlandı. Bilim birçok bilim insanı tarafından büyük ilgi görmektedir.

2B Malzemede Ses-Işık Dalgası

2B malzemelerde bir Ses-Işık dalgasının çizimi ve serbest elektronlar kullanılarak ölçümü. Kredi: Technion – İsrail Teknoloji Enstitüsü

Işık uzayda 300.000 km/s hızla hareket eder. Suda veya camda hareket ederken bir miktar yavaşlar. Ancak birkaç katmanlı katılardan geçerken ışık neredeyse bin kat yavaşlar. Bunun nedeni, ışığın bu özel malzemelerin atomlarını titreştirerek ses dalgaları (fononlar olarak da adlandırılır) oluşturması ve bu atomik ses dalgalarının titreştiğinde ışık oluşturmasıdır. Bu nedenle, nabız aslında “fonon-polariton” olarak adlandırılan, ses ve ışığın sıkıca bağlı bir birleşimidir. Yanan malzeme “şarkı söyler”.

Bilim adamları, 2 boyutlu bir malzemenin kenarı boyunca ışık darbeleri parlatarak, malzemede hibrit ses-ışık dalgaları ürettiler. Sadece bu dalgaları kaydetmekle kalmadılar, aynı zamanda nabızların kendiliğinden hızlanıp yavaşlayabildiğini de keşfettiler. Şaşırtıcı bir şekilde, dalgalar farklı hızlarda hareket eden iki ayrı darbeye bile ayrıldı.

Deney, bir ultra hızlı transmisyon elektron mikroskobu (UTEM) kullanılarak yapıldı. Optik mikroskopların ve taramalı elektron mikroskoplarının aksine, burada parçacıklar numuneden geçer ve daha sonra bir dedektör tarafından alınır. Bu süreç, araştırmacıların ses-ışık dalgasını hem uzayda hem de zamanda benzeri görülmemiş bir çözünürlükte izlemesine izin verdi. Zaman çözünürlüğü 50 femtosaniye – 50X10-15 saniye – saniyedeki kare sayısı bir milyon yıldaki saniye sayısına benzer.

Kurman, “Hibrit dalga malzemenin içinde hareket eder, bu nedenle onu normal bir optik mikroskop kullanarak gözlemleyemezsiniz” dedi. “2D malzemelerdeki çoğu ışık ölçümü, yüzey üzerinde nokta nokta tarayan iğne benzeri nesneleri kullanan mikroskopi tekniklerine dayanır, ancak bu tür her iğne teması, görüntülemeye çalıştığımız dalganın hareketini bozar. Buna karşılık, yeni tekniğimiz ışığın hareketini rahatsız etmeden görüntüleyebilir. Sonuçlarımıza mevcut yöntemler kullanılarak ulaşılamazdı. Bu nedenle, bilimsel bulgularımıza ek olarak, daha birçok bilimsel buluşla alakalı olacak, daha önce görülmemiş bir ölçüm tekniği sunuyoruz.”

Bu çalışma, COVID-19 salgınının zirvesinde doğdu. Üniversitelerin kapalı olduğu karantina aylarında, Prof. Kaminer’in laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi Yaniv Kurman evde oturdu ve ışık darbelerinin 2B malzemelerde nasıl davranması gerektiğini ve bunların nasıl ölçülebileceğini öngören matematiksel hesaplamalar yaptı. Bu arada, aynı laboratuvardaki başka bir öğrenci olan Raphael Dahan, kızılötesi darbelerin grubun elektron mikroskobuna nasıl odaklanılacağını fark etti ve bunu başarmak için gerekli yükseltmeleri yaptı. Sokağa çıkma yasağı sona erdiğinde grup, Kurman’ın teorisini kanıtlamayı ve hatta beklemedikleri ek fenomenleri ortaya çıkarmayı başardı.

Bu temel bir bilim çalışması olsa da, bilim adamları bunun birden fazla araştırma ve endüstri uygulamasına sahip olmasını bekliyorlar. Prof. Kaminer, “Sistemi, başka türlü erişilemeyen farklı fiziksel olayları incelemek için kullanabiliriz” dedi. “Işık girdaplarını ölçecek deneyler, Kaos Teorisinde deneyler ve kara deliklerin yakınında meydana gelen fenomenlerin simülasyonlarını planlıyoruz. Ayrıca bulgularımız, elektrik devrelerine yerleştirilebilen ve sistemi aşırı ısıtmadan veri iletebilen atomik olarak ince fiber optik “kabloların” üretilmesine izin verebilir – şu anda devre minimizasyonu nedeniyle önemli zorluklarla karşı karşıya olan bir görev.”

Yaniv Kurman ve Ido Kaminer

LR: Yaniv Kurman ve Profesör Ido Kaminer. Kredi: Technion – İsrail Teknoloji Enstitüsü

Ekibin çalışması, yeni bir malzeme seti içindeki ışık darbelerinin araştırmasını başlatıyor, elektron mikroskoplarının yeteneklerini genişletiyor ve atomik olarak ince katmanlar aracılığıyla optik iletişim olasılığını teşvik ediyor.

Bu araştırmanın bir parçası olmayan Stuttgart Üniversitesi’nden Profesör Harald Giessen, “Bu bulgular beni çok heyecanlandırdı” dedi. “Bu, ultra hızlı nano-optikte gerçek bir atılım sunuyor ve Teknoloji harikası ve öncü bilimsel sınırın Gerçek uzayda ve gerçek zamanlı gözlem çok güzel ve bildiğim kadarıyla daha önce gösterilmedi.”

Araştırmaya dahil olmayan bir diğer önde gelen bilim insanı, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden John Joannopoulos, “Bu başarının anahtarı, bir deneysel sistemin akıllıca tasarlanması ve geliştirilmesinde yatmaktadır. Ido Kaminer ve grubu ve meslektaşları tarafından yapılan bu çalışma, ileriye dönük kritik bir adımdır. Hem bilimsel hem de teknolojik olarak büyük ilgi görüyor ve alan için kritik öneme sahip.”

Prof. Kaminer ayrıca Helen Diller Kuantum Merkezi ve Russell Berrie Nanoteknoloji Enstitüsü ile de bağlantılıdır. Çalışma, Ph.D. öğrenciler Yaniv Kurman ve Raphael Dahan. Araştırma ekibinin diğer üyeleri Dr. Kangpeng Wang, Michael Yannai, Yuval Adiv ve Ori Reinhardt idi. Araştırma, Prof. James Edgar (Kansas Eyalet Üniversitesi), Prof. Mathieu Kociak (Université Paris Sud) ve Prof. Frank Koppens (ICFO, The Barcelona Institute of Science and Technology) ile uluslararası bir işbirliğine dayanmaktadır.

Referans: Yaniv Kurman, Raphael Dahan, Hanan Herzig Sheinfux, Kangpeng Wang, Michael Yannai, Yuval Adiv, Ori Reinhardt, Luiz HG Tizei, Steffi Y. Woo, Jiahan Li tarafından “Serbest elektronlar kullanan 2D polariton dalga paket dinamiklerinin uzaysal-zamansal görüntülemesi”, James H. Edgar, Mathieu Kociak, Frank HL Koppens ve Ido Kaminer, 11 Haziran 2021, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abg9015

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.