Bir ultra ince yarı iletken “sandviçi” güçlü lazer darbeleriyle patlatarak, California Üniversitesi’daki fizikçiler; oda sıcaklığında ilk “elektron sıvısını” yarattılar.
Başarı; kızıl ötesi ışık ve mikrodalgalar arasında, terahertz dalga boylarında ışık üretmek ve tespit etmek için ilk pratik ve verimli cihazların geliştirilmesi açısından önemli bir rol oynar. Bu tür cihazlar; uzayda iletişim, kanser tespiti ve gizli silah taraması gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.
Araştırma ayrıca; maddenin temel fiziğinin sonsuz küçük ölçeklerde keşfedilmesini sağlayabilir ve yapıları atomik boyutlarda tasarlanan kuantum metamalzemeler çağında yardımcı olabilir.
Deneylerinde, bilim insanları; yarı iletken molibden ditellurid’den ultra ince bir sandviçi karbon grafen katmanları arasında inşa ettiler. Katmanlı yapı, tek bir DNA molekülünün genişliğinden sadece biraz daha kalındı. Daha sonra malzemeyi bir saniyenin dört katında ölçülen süper hızlı lazer darbeleriyle patlattılar.
Doç. Dr. Fizikçi Gabor: “Normalde, silikon gibi yarı iletkenlerle, lazer uyarımı, elektronları ve malzemede yayılan ve sürüklenen pozitif yüklü deliklerini yaratır; bu da bir gazın nasıl tanımlandığını gösterir.”
Bununla birlikte, deneylerinde, araştırmacılar bir sıvının eşdeğeri içinde yoğunlaşma kanıtı tespit ettiler. Böyle bir sıvı; su gibi ortak sıvılara benzeyen özelliklere sahip olacaktır, ancak bunun dışında moleküllerden değil, yarı iletkendeki elektronlardan ve deliklerden oluşması gerekir.
Sisteme atılan enerji miktarını artırıyorduk. Ancak hiçbir şey gözlemleyemedik. Daha sonra aniden malzemede ‘anormal foto-akım halkası’ dediğimiz şeyin oluşumunu gördük. Sıvı olduğunu anladık. Çünkü gaz gibi davranmak yerine bir damlacık gibi büyüdü. Bizi gerçekten şaşırtan şey, oda sıcaklığında gerçekleşmesiydi. Daha önce, bu tür elektron deliği sıvıları yaratan araştırmacılar; bunu yalnızca derin uzayda bile daha düşük sıcaklıklarda yapabiliyorlardı.”
Gabor, bu tür damlacıkların elektronik özelliklerinin, spektrumun terahertz bölgesinde daha önce görülmemiş bir verimlilikle çalışan optoelektronik cihazların geliştirilmesine olanak sağlayacağını söyledi. Terahertz dalga boyları kızılötesi dalgalardan daha uzundur. Ancak mikrodalgalardan daha kısadır ve bu tür dalgaları kullanmak için teknolojide bir “Terahertz Boşluğu” vardır. Terahertz dalgaları; sınırlı penetrasyonları ve yoğunluk farklılıklarını çözme yeteneklerinden dolayı cilt kanserlerini ve diş çürüklerini tespit etmek için kullanılabilir. Benzer şekilde, dalgalar; ilaç tabletleri gibi ürünlerdeki kusurları tespit etmek ve giysinin altına gizlenmiş silahları bulmak için kullanılabilir.
Terahertz vericileri ve alıcıları; uzayda daha hızlı iletişim sistemleri için de kullanılabilir. Gabor; elektron deliği sıvısının, şu anda kullanımda olan silikon bazlı devrelerden çok daha küçük olma potansiyeli sunan kuantum bilgisayarların temeli olabileceğini söyledi.
Daha genel olarak, Gabor; laboratuvarında kullanılan teknolojinin, elektronların hassas bir şekilde manipüle edilmesine olanak tanıyan ve yeni şekillerde hareket etmelerine olanak tanıyan atom ölçeğine sahip boyutlara sahip “kuantum metamateryalleri” için temel olabileceğini belirtiyor. Elektron deliği “nanopuddles” ile ilgili daha ileri araştırmalarda, bilim insanları yüzey gerilimi gibi sıvı özelliklerini keşfedecekler.
Gabor: “Şu anda; bu sıvının ne kadar sıvı olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yok ve bunun öğrenilmesi önemli olacak.”
Gabor; teknolojiyi temel fiziksel olayları keşfetmek için de kullanmayı planlıyor. Örneğin, elektron deliği sıvısının aşırı düşük sıcaklıklara soğutulması, maddenin yeni temel prensiplerini ortaya çıkarabilecek egzotik fiziksel özelliklere sahip bir “Kuantum Sıvısı”na dönüşmesine neden olabilir. Deneylerinde araştırmacılar iki anahtar teknoloji kullandılar. Molibden ditelluride ve karbon grafenin ultra ince sandviçlerini inşa etmek için “Elastik Damgalama” adı verilen bir teknik kullandılar. Bu yöntemde, yapışkan bir polimer film; atom-kalın grafen ve yarı iletken tabakalarını toplamak ve istiflemek için kullanılır.
Hem yarı iletken sandviç içine enerji pompalamak hem de etkilerin görüntülenmesi için Gabor ve Arp tarafından geliştirilen “çok parametreli dinamik foto-yanıt mikroskobu” nu kullandılar. Bu teknikte, ultra hızlı lazer darbelerinin ışınları, üretilen akımı optik olarak eşlemek için bir numuneyi taramak üzere manipüle edilir.
