Grafeni Gölgede Bırakabilecek 2D Malzeme Keşfedildi

Kentucky Üniversitesi, Almanya’nın Daimler otomotiv şirketi ve Yunanistan’da bulunan Elektronik Yapı ve Lazer Enstitüsü’nden (IESL) araştırmacıların ortaklaşa gerçekleştirdiği çalışm..
Görsel Telif:

Kentucky Üniversitesi, Almanya’nın Daimler otomotiv şirketi ve Yunanistan’da bulunan Elektronik Yapı ve Lazer Enstitüsü’nden (IESL) araştırmacıların ortaklaşa gerçekleştirdiği çalışmada, hayranlıkla bakılan grafenin bile pabucunun dama atılmasına neden olabilecek yeni bir malzeme keşfedildi. Tek atom kalınlığında olduğu için 2 boyutlu malzeme şeklinde söz edilen bu yeni keşfi konu alan makale, Physical Review B dergisinin Rapid Communication bölümünde yayımlandı.

Grafeni tahtından edecek gibi görünen malzeme, hepsi de hafif, ucuz ve bol bulunan elementler olan silikon, boron ve azottan oluşuyor.  Aşırı derecede dengeli olması itibariyle, pek çok başka grafen alternatiflerinin arasından sıyrılıyor. “Bağların kırılma ve çözülme yapıp yapmayacaklarını görmek için simülasyonlar kullandık; böyle birşey olmadı. Malzemeyi 1000 santigrat dereceye kadar ısıttık ve yine de kırılmadı,” diyor Kentucky Üniversitesi fizikçilerinden Madhu Menon.

En yeni kuramsal hesaplama tekniklerini kullanan Menon ile ekip arkadaşları Daimler firmasında çalışan Ernst Richter ve IESL’den Antonis Andriotis, üç elementi birleştirerek tek atom kalınlığında, gerçekten 2D olan ve grafenin mümkün kıldıklarının bile ötesine geçebilecek uygulamalara göre özellikleri ayarlanabilen bir malzeme elde edilebileceğini ortaya koydu.

Grafen her ne kadar benzersiz özelliklere sahip olan dünyanın en güçlü malzemesi olarak göklere çıkarılsa da, bir dezavantajı vardır: Grafen yarı-iletken değildir ve dolayısıyla dijital teknoloji endüstrisinin beklentilerini karşılamaz. 2D yarı-iletken malzeme araştırma çalışmaları, bilimcileri yeni bir üç katmanlı malzeme sınıfına götürmüştür. Geçiş metali kalkojenleri (İng. transition-metal dichalcogenides – TMDC) adı verilen bu malzemeler çoğunlukla yarı-iletkendir ve dijital işlemcilerde silikonla yapılabilecek her şeyden daha verimli çalışır. Ancak, bunlar da grafenden çok daha yoğundur ve dünyada bol bulunan ya da ucuz olan şeylerden yapılabilecekleri de söylenemez.

Daha iyi bir seçenek bulmak için çalışan araştırmacıların hayalinde hafif, bol bulunan, ucuz ve yarı-iletken bir malzeme vardı. Menon liderliğindeki ekip bu amaçla periyodik tablonun birinci ve ikinci satırlarındaki elementlerin farklı kombinasyonlarını denedi. Silikon, boron ve azotu düzlemsel yapılar oluşturacak biçimde birleştirmenin pek çok yolu olmakla birlikte, sadece tek bir özel düzenleme dengeli bir yapı ile sonuçlanıyordu. Bu yapıda atomlar, tıpkı grafendeki gibi altıgen desenler oluşturacak şekilde diziliyordu; aslında bundan başka da benzerlikleri yoktu.

Malzemeyi oluşturan üç elementin üçünün de boyutları farklı. Ayrıca atomları bağlayan bağlar da farklı. Bu nedenle grafenden farklı olarak, bu atomların oluşturduğu altıgenlerin kenarları eşit uzunlukta olmuyor. Yeni malzeme metalik olmakla birlikte, silikon atomlarının üzerine başka elementlerin tutturulmasıyla, kolayca yarı-iletken duruma getirilebiliyor. Silikonun varlığı ayrıca şu anda kullanılmakta olan silikona dayalı teknolojilerle doğrudan entegrasyon gibi heyecan verici bir olasılık da sunuyor. Bu da endüstrinin bir anda silikondan tümüyle vazgeçmesini beklemek yerine, yavaş bir geçiş yapabilmesine olanak tanıyor.

Elektronik bant boşluğu yaratmaya ek olarak, başka elementlerin eklenmesiyle bant boşluk değerlerinin istenen şekilde değiştirilmesi de mümkün oluyor. Bu da özellikle güneş enerjisi dönüşümünde ve elektronik uygulamalarında grafene kıyasla avantaj sağlar. Daha önce başka grafen benzeri malzemeler de önerilmişti; ama Menon ve ekibinin keşfettiği malzemenin sunduklarının tamamını sunabilen olmamıştı. Örneğin silisen düz bir yüzeye sahip olmadığı için eninde sonunda 3D bir yüzey biçimlendirir. Diğerleri de yüksek düzeyde dengesizdir; hatta bazıları en fazla birkaç saat dayanabilir.

Menon durumu şöyle değerlendiriyor: “Silikona dayalı teknolojinin sınıra dayandığının farkındayız. Giderek daha fazla bileşen kullanarak, elektronik işlemcileri sürekli daha kompakt hale getiriyoruz. Ama biliyoruz ki bu sonsuza kadar böyle ilerleyemez; daha işe yarar malzemeler bulmamız gerek.” Keşiflerinin malzeme biliminde yeni bir dönemin başlangıcının habercisi olduğunu ifade eden Menon, şaşırtıcı bazı uygulamaların çok yakında hayata geçirilebileceğini umuyor.

 

 


Kaynak: Kentucky Üniversitesi, “University of Kentucky physicist discovers new 2-D material that could upstage graphene”
< http://reveal.uky.edu/menon_madhu >

İlgili Makale: Physical Review B, “Prediction of a new graphenelike Si2BN solid”
< http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.93.081413 >


 

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