Yıllardır araştırmacılar, elektrik akımını sıfır dirençle taşıyabilen süper iletken özellikleri yarı iletken malzemelere kazandırmaya çalışıyordu. Ancak silikon ve germanyum gibi elementlerde bu dönüşümü sağlamak, atomik düzeyde oldukça hassas bir denge gerektiriyordu.
Uluslararası bir bilim ekibi, artık bu hedefin mümkün olduğunu gösterdi. Nature Nanotechnology dergisinde yayımlanan çalışmada, germanyumun belirli koşullar altında süper iletken hale getirildiği doğrulandı. Bu, elektriğin enerji kaybı olmadan akabildiği anlamına geliyor.
ELEKTRONİK VE KUANTUM TEKNOLOJİLERİNDE DEVRİM POTANSİYELİ
New York Üniversitesi’nden fizikçi ve Kuantum Bilgi Fiziği Merkezi Direktörü Javad Shabani, bulgunun etkisini şu sözlerle özetledi: “Halihazırda çiplerde ve fiber optik sistemlerde kullanılan germanyumun süper iletken hale getirilmesi, birçok tüketici ürününü ve endüstriyel teknolojiyi dönüştürebilir.”
Queensland Üniversitesi’nden fizikçi Peter Jacobson ise bu gelişmenin kuantum sistemleri inşa etme sürecini hızlandırabileceğini belirtti. “Bu malzemeler, geleceğin kuantum devreleri, sensörleri ve düşük enerjili kriyojenik elektroniği için temel oluşturabilir” dedi.
SÜPER İLETKENLİK NASIL SAĞLANDI?
Silikon ve germanyum, metal ve yalıtkanlar arasında yer alan özel kristal yapılara sahip yarı iletkenlerdir. Bilim insanları, süper iletkenlik elde etmek için bu malzemelerin atomik yapısını dikkatlice değiştirerek elektronların serbestçe hareket etmesini sağlamaya çalışır.
Araştırma ekibi, germanyum filmlerini yüksek miktarda galyumla “doping” yöntemiyle zenginleştirdi. Galyum, genellikle elektroniklerde kullanılan yumuşak bir elementtir; ancak fazla miktarda kullanıldığında kristal yapıyı bozarak süper iletkenliği engeller.
Bu çalışmada bilim insanları, gelişmiş X-ışını teknikleriyle galyum atomlarının germanyum kristal kafesindeki konumunu hassas biçimde kontrol etmeyi başardı. Bu yöntem, kristalin genel stabilitesini korurken 3,5 Kelvin (yaklaşık -453 °F) sıcaklıkta sıfır dirençle elektrik akışı sağladı.
ATOMİK DÜZEYDE KONTROL: YENİ TEKNİKLERİN BAŞARISI
Queensland Üniversitesi’nden fizikçi Julian Steele, çalışmanın başarısının “moleküler demet epitaksi” adı verilen teknikle sağlandığını açıkladı. Bu yöntem, galyum atomlarını kristal kafese olağanüstü hassasiyetle yerleştirerek kusursuz tabakalar oluşturmayı mümkün kılıyor.
Shabani, “Grup IV elementleri normal koşullarda süper iletken değildir. Ancak kristal yapıyı doğru şekilde değiştirdiğinizde elektron çiftleşmeleri oluşur ve süper iletkenlik ortaya çıkar” dedi.
GELECEKTEKİ ELEKTRONİKLERİN YENİ TEMELİ OLABİLİR
ETH Zürih, Ohio State Üniversitesi ve ABD Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi’nin desteğiyle yürütülen bu uluslararası çalışma, süper iletkenliğin modern yarı iletkenlerle birleştirilmesi yönünde önemli bir adım olarak görülüyor. Uzmanlara göre bu gelişme, geleceğin kuantum bilgisayarları, sensörleri ve enerji verimli elektronik cihazları için yeni bir dönemin başlangıcı olabilir.
