Geleceğin esnek elektronikleri ve nanoteknolojisi için kilit rol oynayan ‘iki boyutlu’ (ultra ince) malzemelerin termodinamik davranışları, Viyana Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir ekip tarafından benzeri görülmemiş bir detayla görüntülendi. Çalışma, 1970'lerden bu yana kabul gören teorik modellerle çelişen bulgularıyla malzeme bilimi dünyasında yankı uyandırdı.
Günlük hayatta gözlemlediğimiz buz veya metal gibi üç boyutlu malzemelerin erimesi ani bir süreçken, atomların sadece düz bir düzlemde hareket edebildiği iki boyutlu malzemelerde fiziğin kuralları farklı işlemektedir. Bu malzemelerde "Hekzatik Faz" adı verilen; malzemenin ne tam katı ne de tam sıvı olduğu, atomların mesafelerinin düzensizleştiği ancak açısal düzenini koruduğu teorik bir ara durumun varlığı uzun süredir tartışılmaktaydı.
GRAFEN 1100 DERECELİK DENEY
Araştırma ekibi, teoriyi pratiğe dökmek için tek atom kalınlığındaki gümüş iyodür (AgI) tabakasını, iki grafen katmanı arasına yerleştirdi. Grafen, ultra ince kristali korurken aynı zamanda malzemenin 1100°C (2012°F) sıcaklığa kadar güvenle ısıtılmasına olanak tanıdı. Süreç, Taramalı Transmisyon Elektron Mikroskobu (STEM) kullanılarak atomik düzeyde kayıt altına alındı.
Daha önce sadece polistiren boncuklar gibi yapay modellemelerde gözlemlenebilen hekzatik faz, ilk kez doğal atomik bağlara sahip gerçek bir malzemede görüntülendi.
YAPAY ZEKA İLE ATOM TAKİBİ
İnsan gözünün manuel olarak takip etmesinin imkansız olduğu binlerce karelik veriyi analiz etmek için Yapay zeka ve sinir ağları devreye girdi. Çalışmanın kıdemli yazarı Kimmo Mustonen, teknolojinin önemini şu sözlerle vurguladı:
"Sinir ağları gibi yapay zeka araçları kullanılmasaydı, tüm bu bireysel atomları takip etmek ve süreci analiz etmek imkansız olurdu."
TEORİ NEREDE YANILDI?
Analizler sonucunda, malzemenin erime noktasının yaklaşık 25°C altında hekzatik faza girdiği tespit edildi; bu durum mevcut teorileri doğruladı. Ancak araştırmanın en şaşırtıcı sonucu, hekzatik fazdan sıvı faza geçişte yaşandı.
Mevcut 2B Erime Teorileri (KTHNY Teorisi), bu geçişin yumuşak ve sürekli olacağını öngörüyordu. Oysa Viyana ekibi, geçişin ani ve keskin bir şekilde gerçekleştiğini belirledi. Bu durum, iki boyutlu malzemelerin sıvılaşma sürecinin, sanılanın aksine üç boyutlu malzemelerdeki ani erimeye (birinci dereceden faz geçişi) daha çok benzediğini gösteriyor.
BİLİMSEL LİTERATÜR GÜNCELLENİYOR
Araştırma ekibinden David Lamprecht, bulguların önemine dikkat çekerek, "Bu, kovalent iki boyutlu kristallerde erimenin daha önce düşünülenden çok daha karmaşık olduğunu gösteriyor" ifadelerini kullandı.
Bu keşif, sadece teorik fiziği değil, aynı zamanda yeni nesil yarı iletkenlerin ve esnek ekran teknolojilerinin üretim süreçlerini de doğrudan etkileme potansiyeline sahip. Malzeme bilimciler, bu yeni veriler ışığında ultra ince malzemelerin termal dayanıklılıklarını yeniden hesaplamak durumunda kalabilir.
