Elektronların Tavşan Deliğinden İçeri Girdiği Malzeme: Weyl Yarı-metali

Geleceğin elektronik teknolojisinde çığır açabilecek tuhaf bir davranış, Princeton Üniversitesi araştırmacıları tarafından yeni bir tür kristalde gözlemlendi.
Görsel Telif: Ali Yazdani / Princeton Üniversitesi

Geleceğin elektronik teknolojisinde çığır açabilecek tuhaf bir davranış, Princeton Üniversitesi araştırmacıları tarafından yeni bir tür kristalde gözlemlendi. Maddelerin çoğunda elektronlar yüzeyde hareket ederken, bu yeni malzemede elektronlar özel iletkenlik kanallarından kristalin derinliklerine inebiliyor. “Bunu elektronların bir tavşan deliğinden içeri girip, diğer taraftaki yüzeyde belirmelerine benzetebiliriz. Başka hiçbir malzemede böylesi bir davranışla karşılaşmamıştık,” diyor fizik profesörü Ali Yazdani.

Sonuçları Science dergisinde yayımlanan bir makale ile paylaşılan çalışma sırasında, Yazdani ve ekibi tantalum ile arsenik katmanlarından oluşan bir kristaldeki elektronları incelerken bu garip davranışı keşfetti. Bir Weyl yarı-metali olduğu belirtilen söz konusu bu malzeme, hem metal gibi davranıp elektron iletebiliyor, hem de yalıtkan gibi elektronları engelleyebiliyor. Bu ve bunun gibi başka topolojik malzemelerin daha iyi anlaşılması sayesinde bir gün daha hızlı elektronik cihazlar yapmak mümkün olabilir.

Yapılan deneylerden elde edilen bulgular, yüzey elektronlarının sadece belli bir hızda ve yönde ilerlerken (Weyl momentumuna sahipken) kristalin içine sızabildiğini gösteriyor. Yazdani olayı şöyle açıklıyor: “Bir yüzeyde ilerleyen bir elektron var ve öylece yüzey üzerinde geziniyor. Sonra özel bir momentum değerine erişiyor ve o anda kristalin derinliklerine batarak, diğer taraftaki yüzeyde beliriyor.”

Tantalum-arsenide

Tantalum arsenid’in (TaAs) kristal yapısı. Ta mavi ve As yeşil olarak temsil edilmiş. Görsel Telif: Ali Yazdani / Princeton Üniversitesi

Weyl noktaları da denilen bu özel momentum değerleri, elektronların yüzeyden içeri girmesine ve diğer tarafa iletilmesine olanak tanıyan kapılar olarak düşünülebilir. Kuramsal olarak bu noktaların çiftler halinde olduğu biliniyor. Yani batan bir elektron partner noktadan dönüş yolculuğu yapabiliyor.

Prof.Yazdani’nin ekibini bu çalışmayı yapmaya sevk eden, geçtiğimiz yıl yayımlanan ve Weyl yarı-metallerindeki elektronların davranışlarının sıradışı olduğunu haber veren çalışmalar olmuş. Ekipte merak uyandıran deneylerden birinde, yüzey elektronlarının çoğu göle atılan taşın oluşturduğu gibi dalga desenleri oluştururken, Weyl yarı-metallerinde elektronların  Fermi yayı adı verilen yarım daire oluşturduğu gözlemlenmiş.

Weyl yarı-metallerindeki elektron akış desenlerini incelemek için Yazdani’nin laboratuvarında çalışan doktora sonrası araştırmacısı Hiroyuki Inoue ve lisansüstü öğrencisi András Gyenis, lisansüstü öğrencisi Seong Woo Oh’un da yardımıyla, çok duyarlı bir alet olan taramalı tünelleme mikroskobu kullanarak kristal yüzerindeki elektron dalgalarını gözlemlemiş. Tantalum arsenid kristallerini ise California Üniversitesi Los Angeles Kampüsü’nden lisansüstü öğrencisi Shan Jiang ve Dr.Ni Ni kendilerine sağlamış.

Bu teçhizatla kurdukları deney düzeneklerinden elde ettikleri sonuçlar karşısında önce kafaları karışmış. “Görmeyi beklediğimiz girişim desenlerinin bir kısmı ortada yoktu,” diyor Yazdani. Tanık olduğu görüngüyü açıklayabilmek için Yazdani, Princeton fizikçilerinden topolojik malzeme kuramı uzmanı olan ve ekibi geçen yıl Weyl yarı-iletkenleri üzerine ilk öngörüleri yapan B.Andrei Bernevig’e danışmış. Doktora sonrası araştırmacılar Jian Li ve Zhijun Wang’ın yardımıyla, Bernevig gözlemlenen desenin eğer elektronlar bu alışılmadık malzemede kristalin içine batıyorsa anlam kazandığını fark etmiş. “Hiç kimse taramalı tünelleme mikroskobundan bu tip bir taşınım sinyali almayı beklemiyordu. Bu biraz sürpriz oldu,” diyor Bernevig.

Bir Weyl yarı-metalinin yüzeyindeki elektronların taramalı tünelleme mikroskobu kullanılarak elde edilen üç boyutlu görüntüsü. Görsel Telif: Ali Yazdani / Princeton Üniversitesi

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv