Araştırmacılar, geleceğin elektronik teknolojilerinde devrim yaratabilecek yeni bir malzeme sınıfı keşfetti. Rutgers Üniversitesi ve New Brunswick işbirliğinde yapılan çalışmada ‘İnterkristaller’ olarak adlandırılan bu malzeme yapıları, geleneksel kristallerden ve kuasikristallerden farklı olarak, benzersiz elektronik özellikler sergiliyor. Nature Materials dergisinde yayımlanan çalışmaya göre, interkristaller, daha verimli elektronik bileşenlerin geliştirilmesi, kuantum hesaplama ve çevre dostu malzemeler alanında yeni bir dönemin kapılarını aralayabilir.
GEOMETRİ İLE KONTROL
Araştırma ekibi, çalışmaları kapsamında iki ultra ince grafen tabakasını, bor ve nitrojenden oluşan altıgen bor nitrür kristali üzerine hafifçe bükerek yerleştirdi. Bu yapılandırma, moiré desenleri olarak bilinen, üst üste gelen ince gözenekli katmanların oluşturduğu görsel desenlerle dikkat çekti. Bilim insanları, bu desenlerin, elektronların malzeme içindeki hareketini önemli ölçüde etkilediğini tespit etti.
Rutgers Üniversitesi Sanat ve Bilim Okulu Fizik ve Astronomi Bölümü’nden Profesör Eva Andrei, keşiflerinin malzeme tasarımı açısından yeni bir kapı araladığını belirtti. Andrei, bu yapıların, malzemenin kimyasal bileşimini değiştirmeye gerek kalmadan, yalnızca geometrik düzenlemelerle elektronik davranışların kontrol edilebilmesini sağladığını vurguladı.
YENİ BİR TEKNOLOJİ YOLU
Araştırmacılar, kristaller arası yapılarda elektron davranışlarının, küçük yapısal değişikliklerle önemli ölçüde değiştirilebildiğini ortaya koydu. Bu durum, süperiletkenlik ve manyetizma gibi, normal kristallerde gözlemlenmeyen elektronik özelliklerin ortaya çıkmasına yol açabiliyor. Süperiletken malzemeler, sıfır dirençle elektrik iletme potansiyeliyle sürekli enerji aktarımının mümkün olabileceğini gösteriyor.
Çalışmada yer alan fizik uzmanlarından Jedediah Pixley, gelecekte tüm fonksiyonları atom düzeyinde geometrik ayarlamalarla kontrol edilen bir elektronik devre tasarımının hayal edilebileceğini ifade etti. Kristaller arası yapıların, bu tür sistemlerin temel yapı taşları olabileceğine dikkat çekti.
TWİSTRONİĞİN GÜCÜ
Keşfin temelinde, son yıllarda popülerleşen "twistronik" adı verilen teknik yatıyor. Bu yöntem, iki boyutlu malzeme katmanlarının belirli açılarla bükülerek moiré desenleri oluşturması esasına dayanıyor. Böylece, bu yapılandırmalar sayesinde maddenin içindeki elektronların davranışında önemli değişiklikler gözlemleniyor. Bu teknik, 2009 yılında yine Eva Andrei liderliğindeki ekip tarafından ortaya konmuş ve twistronik alanının temelleri atılmıştı.
Elektronların düzenli kristallerdeki hareketleri büyük oranda öngörülebilirken, interkristallerde küçük açısal veya yapısal değişiklikler bu davranışı büyük ölçüde değiştirebiliyor. Bu durum, kristal simetrisinin ötesine geçerek, maddenin alışılmadık fazlarını ortaya çıkarabiliyor.
YENİ NESİL DEVRELER
Araştırma, interkristallerin kuantum bilgisayarlar için düşük kayıplı elektronik devreler ve atomik düzeyde çalışan sensörler gibi ileri teknoloji uygulamalarında kullanılabileceğini gösteriyor. Aynı zamanda, bu malzemelerin karbon, bor ve azot gibi yaygın ve toksik olmayan elementlerden oluşması, nadir toprak elementlerine olan bağımlılığı azaltarak daha sürdürülebilir ve ölçeklenebilir çözümler sunuyor.
Andrei, bu yapıların sadece geleneksel kristallerden değil, 1982 yılında keşfedilen kuasikristallerden de farklı olduğunu belirtti. İnterkristaller, kuasikristaller gibi tekrarlanmayan desenlere sahipken, klasik kristallerle bazı ortak simetrileri de paylaşıyor. Bu nedenle, bilim insanları bu yapıları "kristaller arası" olarak tanımladı.
GELECEĞE YÖNELİK UMUT
Rutgers Üniversitesi’nden araştırmacılar, interkristallerin sunduğu potansiyelin yalnızca ilk adım olduğunu ve bu keşfin teknolojik gelişmelere önemli katkılar sağlayacağını düşünüyor. Pixley, bu bulgunun gelecekte teknolojiyi ve bilimi nasıl dönüştüreceğini görmekten heyecan duyduklarını ifade etti.
Çalışmaya Rutgers Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nden araştırma görevlileri Xinyuan Lai, Guohong Li ve Angela Coe’nin yanı sıra Japonya’daki Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü’nden bilim insanları da katkı sundu.
