Uluslararası bir araştırma ekibi, bilgisayar çipleri ve güneş pillerinde hayati bileşenler olan yarı iletkenleri süperiletken hale getirerek hızlarını ve enerji verimliliklerini artırmanın ve yeni kuantum teknolojilerinin önünü açmanın yollarını arayan uzun süreli bir bilimsel zorluğun üstesinden geldi. Nature Nanotechnology dergisinde yayımlanan makalede, araştırmacılar sıfır dirençle elektrik iletebilen, akımların enerji kaybı olmadan sonsuza kadar akmasına olanak tanıyan süperiletken bir germanyum türü ürettiklerini bildirdi.
TÜKETİCİ ÜRÜNLERİNDE DEVRİM
New York Üniversitesi'nin Kuantum Bilgi Fiziği Merkezi ve Kuantum Enstitüsü Direktörü fizikçi Javad Shabani, bilgisayar çiplerinde ve fiber optikte yaygın olarak kullanılan germanyumda süperiletkenliğin oluşturulmasının, çok sayıda tüketici ürünü ve endüstriyel teknolojide devrim yaratma potansiyeline sahip olduğunu ifade etti.
Queensland Üniversitesi'nde fizikçi ve makalenin yazarlarından Peter Jacobson ise bu malzemelerin, süperiletken ve yarı iletken bölgeler arasında temiz arayüzlere ihtiyaç duyan gelecekteki kuantum devrelerinin, sensörlerin ve düşük güçlü kriyojenik elektroniklerin temelini oluşturabileceğini ekledi.
YÜKSEK GALYUM ENTEGRASYONU
Germanyum ve silisyum gibi yarı iletken malzemelerde süperiletkenliğe ulaşmak, iletkenlik davranışına sahip optimum bir atom yapısını korumanın zorluğu nedeniyle tarihsel olarak zorlu bir süreçti. Süperiletkenlik, bu elementlerin yapılarının çok sayıda iletken elektron içerecek şekilde değiştirilmesiyle sağlanıyor. Bu elektronlar germanyum kristaliyle etkileşime girerek eşleşiyor ve dirençsiz hareket ediyor.
Bilim insanları yeni çalışmalarında, elektronikte de yaygın olarak kullanılan daha yumuşak bir element olan galyum ile yoğun bir şekilde aşılanmış germanyum filmleri oluşturdular. Normalde yüksek galyum seviyelerinde malzeme kararsız hale gelir ve süperiletkenlik kaybolur. Ancak araştırmacılar, gelişmiş X-ışını teknikleri kullanarak, galyum atomlarının kristal içindeki germanyum atomlarının yerini normalden daha yüksek seviyelerde almasını sağlayan yeni bir teknik ortaya koydu.
KRİSTAL YAPI KORUNDU
Bu işlem, kristalin şeklini hafifçe bozsa da, 3,5 Kelvin'de (yaklaşık -453 Fahrenheit derece) sıfır dirençle elektrik iletebilen kararlı bir yapıyı koruyor. Queensland Üniversitesi'nden Julian Steele, galyum atomlarını germanyumun kristal kafesine hassas bir şekilde entegre etmek için iyon aşılama yerine moleküler ışın epitaksisi kullanıldığını açıkladı. Steele, epitaksi kullanmanın, bu malzemelerde süperiletkenliğin nasıl ortaya çıktığını anlamak ve kontrol etmek için gereken yapısal hassasiyeti nihayet elde edebilecekleri anlamına geldiğini belirtti.
Profesör Shabani, bu başarının, IV. grup elementlerinin normal koşullar altında doğal olarak süperiletken olmaması, ancak kristal yapılarının değiştirilmesinin süperiletkenliğe izin veren elektron eşleşmelerinin oluşmasını sağlaması nedeniyle gerçekleştiğini ifade etti.
