Washington Üniversitesi (WashU) öncülüğünde yürütülen çalışmada, kristalize bor nitrür (h-BN) tabakalara gömülen kuantum sensörler, olağanüstü çevresel baskılara rağmen malzeme gerilimi ve yerel manyetizmayı yüksek çözünürlükle okuyacak biçimde tasarlandı. Proje ekibi, bu sınıfta yüksek basınçta çalışabilen ilk sensörleri geliştirildiğini belirterek, yaklaşımın kuantum teknolojileri, malzeme bilimi, astronomi ve jeoloji dahil geniş bir uygulama yelpazesine hizmet edeceğini vurguladı.
30 BİN ATMOSFERE DAYANIM
Geliştirilen aygıtlar, atmosfer basıncının yaklaşık 30.000 katı koşullarda kararlı okuma yapabiliyor. Araştırma; lisansüstü ve doktora sonrası araştırmacıların yanı sıra farklı kurumlardan öğretim üyelerinin iş birliğiyle ilerledi; süreç, ABD Ulusal Bilim Vakfı destekli eğitim hibeleriyle de güçlendirildi. Ekip, Harvard Üniversitesi ile altı aylık ortak çalışma döneminde kritik üretim ve karakterizasyon adımlarını tamamladı.
NÖTRONLA NOKTA MÜHENDİSLİĞİ
Sensör mimarisinin kalbinde, nötron ışını ile h-BN içinde atomik boşluklar yaratma ve bu boşluklarda elektron yakalama stratejisi yer alıyor. Hapsedilen elektronların spini, yerel manyetik alan, gerilme ve sıcaklığa duyarlı biçimde değişiyor; optik/mikrodalga ile izlenen bu spin dinamikleri, kuantum duyarlılıkla çevresel parametreleri açığa çıkarıyor. Yaklaşım, WashU’nun daha önce kuantum elmas mikroskoplarında kullandığı merkezlere kavramsal olarak benzer olsa da, iki boyutlu doğası sayesinde ölçüm örneğine <1 nm mesafede benzersiz yakınlık sağlıyor.
ELMAS ÖRS İLE BASINÇ
Aşırı basınç ortamı için ekip, çapı yalnızca 400 mikrometre düz yüzeylere sahip elmas örs (diamond anvil) hücreleri üretti. Küçük alana yüksek kuvvet uygulayarak basınç oluşturulan düzende, bor nitrür sensörleri şeffaf, kırılmaz platform üzerinde numuneye entegre edildi. Bu geometri, daha önce 3B elmas içinde sınırlı kalan yakın temas sorununu ortadan kaldırarak nanoskobik saha eşleşmesini mümkün kıldı.
MANYETİZMADA HASSAS OKUMA
Laboratuvar testlerinde, h-BN sensörleri iki boyutlu bir mıknatısın manyetik alanındaki ince değişimleri ayırt edecek hassasiyeti sergiledi. Bu sonuç, yöntemin yalnızca standart malzemelerde değil, yüksek basınç altında yapı/electronic fazı değişen sistemlerde de iş göreceğine işaret etti.
YERBİLİMİNE YENİ PENCERE
Araştırma planında Dünya’nın derin iç kesimlerini temsil eden yüksek basınçlı kaya örnekleri de var. Kayaçların basınca verdiği yanıtın haritalanması; deprem mekanizmaları ve büyük ölçekli jeodinamik olayların anlaşılması için kritik veri sağlayacak. Ekip, sensörlerin süperiletkenlik araştırmalarına da katkı sunacağını; özellikle yüksek basınçta bildirilen iddiaların yerinde ve yüksek duyarlılıkla sınanabileceğini değerlendiriyor.
SÜPERİLETKENLİKTE DOĞRULAMA İHTİYACI
Bilinen süperiletkenlerin çoğunun çok düşük sıcaklık ve/veya yüksek basınç gerektirdiği, oda sıcaklığında süperiletkenlik iddialarının ise tartışmalı kaldığı hatırlatılıyor. Yeni h-BN tabanlı sensörlerle yerel manyetik tepki ve Meissner etkisi gibi belirteçlerin anlık, yüksek basınçta izlenebilmesi; tartışmaları deneysel kanıtla netleştirme potansiyeli taşıyor.
ORTAK İŞBİRLİĞİ KÜLTÜRÜ
Proje; üniversiteler arası ortaklık ve paylaşımlı altyapı ile yürütüldü. Artık sensör platformu, yüksek basınç odası ve elmas örs altyapısı hazır olduğundan, ekip daha geniş malzeme ailelerinde seri ölçüm ve faz diyagramı çıkarma çalışmalarına yönelmeyi planlıyor.
