ALTIN 461,55
DOLAR 7,8158
EURO 9,4809
BIST 1.331
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
Parçalı Bulutlu

UW-Madison Bilim Adamları Kavisli Yüzeyleri Kullanarak 2D Kuantum Malzemeleri Keşfetti

24.10.2020
49
A+
A-
UW-Madison Bilim Adamları Kavisli Yüzeyleri Kullanarak 2D Kuantum Malzemeleri Keşfetti

Wisconsin-Madison Üniversitesi’ndeki bilim adamları, yalnızca bir atom kalınlığındaki malzemelerin sarmal, mikroskobik spirallerinin büyümesini kontrol etmenin bir yolunu keşfettiler.

UW-Madison kimya profesörü Song Jin liderliğindeki bir ekip tarafından inşa edilen, sürekli olarak bükülen iki boyutlu malzeme yığınları, bilim adamlarının nano ölçekte kuantum fiziğini incelemek için yararlanabilecekleri yeni özellikler yaratıyor. Araştırmacılar çalışmalarını bugün (23 Ekim 2020) Science dergisinde yayınladılar.

“Bu, 2D malzeme araştırmalarının şu anki sınırıdır. Son birkaç yılda bilim adamları, atomik katmanlar arasında küçük bir bükülme (genellikle birkaç derece) yaptığınızda, alışılmadık süper iletkenlik gibi çok ilginç fiziksel özellikler yarattığınızı fark ettiler.

Örneğin, bükülmüş malzeme düşük sıcaklıktaki elektrik direncini tamamen kaybediyor ”diyor Jin. “Araştırmacılar bu 2D kuantum materyallerini değerlendiriyor ve bu tür çalışmalara ‘twistronics’ olarak atıfta bulunuyor.”

Yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı olan Yuzhou Zhao, iki boyutlu yapıların bükülmesine yönelik standart uygulamanın, iki ince malzemeyi mekanik olarak üst üste yığdığını ve aralarındaki bükülme açısını dikkatlice manuel olarak kontrol ettiğini söylüyor.

Ancak araştırmacılar bu 2B malzemeleri doğrudan büyüttüğünde, bükme açısını kontrol edemezler çünkü katmanlar arasındaki etkileşimler çok zayıftır.

Sürekli bükülen oyun kağıtlarından bir yığın yaptığınızı hayal edin. Çevik parmaklarınız varsa kartları bükebilirsiniz, ancak bizim zorluğumuz atomik katmanları nano ölçekte tek başına kontrol edilebilir bir şekilde bükmek, ”diyor Jin.

Jin’in ekibi, Öklid geometrisinin düz alanının dışında düşünerek bu bükülen nano ölçekli yapıların büyümesinin nasıl kontrol edileceğini keşfetti.

Öklid geometrisi, aşina olduğumuz dünyanın matematiksel temelini oluşturur. Dünyayı düz düzlemlerde, düz çizgilerde ve dik açılarda düşünmemizi sağlar. Buna karşılık, Öklid dışı geometri, çizgilerin eğimli olduğu ve bir karedeki açıların toplamının 360 derece olmadığı eğri boşlukları tanımlar.

Uzay-zaman sürekliliğini açıklayan bilimsel teoriler, Einstein’ın genel göreliliği gibi, Öklid dışı geometriyi ana kaya olarak kullanır. Öklid geometrisinin dışındaki kristal yapıları göz önünde bulunduran Jin, ilginç yeni olasılıklar açtığını söylüyor.

Zhao ve Jin, bükülmüş spiraller oluşturmak için büyüyen kristallerdeki vida çıkıkları adı verilen bir tür kusurdan yararlandılar.

Jin, yıllarca bu tür dislokasyon kaynaklı kristal büyümesi üzerine çalıştı ve bunu örneğin nanotel ağaçlarının büyümesini açıklamak için kullandı.

2D malzemelerde, dislokasyonlar, her katmanın yönünü hizalayarak, tüm katmanların birbirine bağlandığı bir park rampası gibi spiral olduğundan, yapının katmanlarını izlemek için bir adım sağlar.

Daha sonra, Öklid dışı bir spiral yapı geliştirmek ve spiralleri bükmek için Jin’in ekibi, spirallerinin büyüdüğü temeli değiştirdi. Düz bir düzlemde kristal büyütmek yerine Zhao, spiralin merkezinin altına silikon oksit parçacığı gibi bir nanopartikülü yerleştirdi.

Büyüme süreci sırasında, parçacık düz yüzeyi bozar ve 2D kristalin büyümesi için eğimli bir taban oluşturur.

Ekibin bulduğu şey, her bir katmanın kenarının önceki katmana paralel olduğu hizalı bir spiral yerine, 2B kristalin, bir katmandan diğerine tahmin edilebileceği şekilde bükülen, sürekli olarak bükülen, çok katmanlı bir spiral oluşturduğudur.

Ara kat katın açısı, düz (Öklid) 2B kristaller ile üzerinde büyüdükleri kavisli (Öklid olmayan) yüzeyler arasındaki uyumsuzluğa bağlıdır.

Zhao, spiral yapının doğrudan nanopartikül üzerinde büyüdüğü ve koni şeklinde bir taban, “sabit bir spiral” oluşturduğu modeli çağırıyor. Yapı, bir dağın kenarına inşa edilmiş bir ev gibi merkez dışı bir nanoparçacık üzerinde büyüdüğünde, bu “açılmamış sarmal” bir modeldir.

Zhao, eğimli yüzeyin geometrik şekline bağlı olarak spirallerin bükülme açılarını tahmin etmek için basit bir matematiksel model geliştirdi ve modellenen spiral şekiller genişletilmiş yapılarla iyi eşleşti.

İlk keşfin ardından, UW-Madison malzeme bilimi ve mühendislik profesörü Paul Voyles ve öğrencisi Chenyu Zhang, bu bükülmüş spirallerdeki atomların hizalanmasını doğrulamak için bir elektron mikroskobu altında spiralleri inceledi.

Görüntüleri, komşu bükülmüş katmanlardaki atomların, ince katmanlı ipek giysilere parlaklık ve dalgalılık veren hareli desen adı verilen beklenen bir örtüşen girişim modeli oluşturduğunu gösterdi.

Emeritus kimya profesörü John Wright ve laboratuvarı, bükülmüş spirallerin olağandışı optik özellikleri potansiyelini öne süren ön araştırmalar yaptı.

Araştırmacılar, geçiş metali dikojenitlerini bükme spirallerinin katmanları olarak kullandılar, ancak kavram, 2D malzemeler oldukları sürece belirli malzemelere bağlı değildir.

Zhao, “Artık, her katman arasında kontrol edilebilir bir bükülme açısına sahip bu 2D katmanlardan oluşan bir yığın oluşturmak için matematiğe dayanan rasyonel bir modeli takip edebiliriz ve bunlar süreklidir” diyor Zhao.

Bükülmüş 2D malzemelerin doğrudan sentezi, Jin ve meslektaşlarının ciddi bir şekilde peşinde olduğu bu 2D “twistronic” malzemelerde kuantum fiziği ile ilgili yeni çalışmaları mümkün kılacak.

“Her şeyin basit bir matematik modeliyle mükemmel bir şekilde eşleştiğini gördüğünüzde ve ‘Vay canına, bu gerçekten işe yarıyor’ diye düşündüğünüzde, bu tür bir neşe, neden araştırma üzerinde çalıştığımızdır – öğrendiğinizi anladığınız ‘eureka’ Şu an daha önce kimsenin anlamadığı bir şey ”diyor Jin.

Referans: Yuzhou Zhao, Chenyu Zhang, Daniel D. Kohler, Jason M. Scheeler, John C. Wright, Paul M. Voyles and Song Jin, 23 Ekim 2020, Science.

Bilim Portal
Bilim Portal
Bilim Portal | Türkiye'nin En Güncel Bilim ve Teknoloji Sitesi Bilim Portal, Bilim ve Teknoloji, Arkeoloji, Astronomi, Sağlık, Tarih ve İlginç Haberleri kısa makaleler veya özetler halinde sunar. Bilim Portal’da günlük bilim haberleri ve ilginç bilim araştırma makaleleri, en iyi üniversitelerde ve araştırma tesislerinde yapılan en son bilim haberlerini ve atılımlarını yayınlıyoruz.
YAZARA AİT TÜM YAZILAR
ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.