Herhangi bir maddeyi ısıtarak enerji vermek, genellikle yapısının daha düzensiz olmasına yol açıyor. Örneğin kristal yapıya sahip buz; eriyip suya dönüşüyor, katı düzen bozularak akışkan hale geliyor.
Ancak Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ün (MIT) yaptığı ve Türkiyeli Profesör Nuh Gedik’in de yer aldığı yeni bir çalışmada tam tersi oldu. Belirli bir materyaldeki “yük yoğunluğu dalgası” adı verilen düzene kısa aralıklarla lazer atımları gönderen araştırmacılar, tamamen yeni bir yük yoğunluğu dalgası gördü. Bu, beklenenin aksine maddenin daha düzenli bir hale geçmesi anlamına geliyor. Şaşırtıcı sonuç, farklı materyallerin bilinmeyen özelliklerinin ortaya çıkmasına da yardım edebilir.
Deneylerde, kendiliğinden tabakalı bir yapı oluşturan lantan tritellür (LaTe3) isimli bir bileşik kullanıldı. Bu bileşiğin elektronları, bazı bölgelerde yüksek ve bazı bölgelerde düşük yoğunluklu olarak dalga benzeri bir yapı gösteriyor ancak bu dalgalar tek bir yönle sınırlı. Maddeye pikosaniyeden (saniyenin trilyonda biri) daha kısa aralıklarla, ultra hızlı lazer ışığı atımları verildiğinde yük yoğunluğu dalgası (CDW) ismi verilen bu düzen bozuluyor ve ilkiyle dik açıya sahip yeni bir CDW ortaya çıkıyor.
Bu yeni dik CDW, daha önce bu bileşikte hiç gözlenmemişti. Çok kısa süre varlığını sürdürebilen bu düzen, birkaç pikosaniye içinde kayboluyor ve yerine ilk dalga düzeni yeniden geliyor. Bu orijinal düzenin yeni gelen dalgalar tarafından bir şekilde baskılandığı anlamına geliyor.
Gedik’in konuyla ilgili açıklamasına göre, sıradan bir maddedeki elektron yoğunluğu, kapladığı hacmin hepsinde eşit. Ancak bazı maddeler belirli sıcaklıkların altına indirildiğinde, elektronlar kendilerini yüksek ve düşük elektron yoğunluklarının birbiri arkasına geldiği CDW şeklinde bir düzene giriyor. Lantan tritellür (LaTe3) bileşiğinde bu dalgalar sabit bir doğrultu boyunca uzanırken diğer iki boyutta sıradan maddeler gibi sabit kalıyor.
Gedik ayrıca, lazer ışığı atımları sonrasında açığa çıkan bu dalga benzeri yapının dik biçiminin bu maddede daha önce hiç görülmediğini belirtti.
MIT’den doktora sonrası araştırmacı Anshul Kogar, sadece kısa süreliğine belirdiğini söylediği CDW düzeninin, kısa süre sonra yerini orijinal CDW’ye bıraktığını belirtti.
“Eğer bu (CDW düzenlerinin) ikisi birbiriyle yarışıyorsa, biri kendini gösterdiğinde, diğeri kaybolur” diyen Kogar, sözlerini şöyle sürdürdü:
”Burada gerçekten önemli olan fikrin, faz yarışı olduğunu düşünüyorum.”
Araştırmacılar; maddenin rekabet halinde iki farklı hali olduğu ve baskın durumun diğerini (ya da diğerlerini) bastırdığı fikrinin kuantum malzemelerde yaygın olduğunu söylüyor. Bu yaklaşıma göre pek çok farklı maddede gizlenen farklı haller var ve baskın durumu ortadan kaldırmanın yöntemi bulunursa, diğer haller ortaya çıkabilir. İki CDW halinin bulunduğu bu vaka da söz konusu fikri destekliyor.
Normalde kararlı maddeler, atom ve moleküllerinin tüm olası düzenleri içindeki en düşük enerjiyi gösteriyor. Diğer bir deyişle madde, varlığını sürdürmek için en az enerjinin gerektiği yapıya sahip. Ancak belirli bir kimyasal yapı, baskın durumdaki düşük enerji tarafından bastırılmadığında, madde farklı dizilim olasılıkları barındırabilir.
Atomların aynı anda hem sıvı hem katı olduğu maddenin yeni hali keşfedildi
“Bu dominant durumu ışıkla etkisiz kılarsak, belki de diğer durumlar kendini gösterir” diyen Gedik’e göre bu yeni durum kısa sürede kaybolduğu için “onu açıp kapatabiliriz” ve bu da bazı bilgi işlem uygulamaları için fayda sağlayabilir.
Maddenin dengesi dışındaki durumları bulmayı amaçladıklarını söyleyen Kogar, diğer halleri bastırma olasılığının tamamen yeni madde özellikleri açığa çıkarabileceğini ve pek çok yeni araştırma alanı açabileceğini belirtti. Buna göre araştırma, bazı maddelerin görece yüksek sıcaklıkta nasıl süperiletkenlik özelliği kazandığını açıklayarak, yüksek sıcalık süperiletkenlerinin geliştirilmesini de sağlayabilir.
Gedik de çalışmayla ilgili şu ifadeleri kullandı:
Normalde bir maddenin halini değiştirmek için kimyasal değişiklikler, basınç ya da manyetik alanlar denersiniz. Bu çalışmada, bu değişiklikleri yapmak için ışık kullanıyoruz.
Hakemli bilim dergisi Nature Physics’de 11 Kasım’da yayımlanan makalede MIT, Harvard Üniversitesi, Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi (SLAC), Stanford Üniversitesi ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan toplam 21 araştırmacının imzası bulundu.
Nuh Gedik, çalışmaya MIT’den katılan ekibin başında yer aldı. Boğaziçi Üniversitesi’nin internet sitesine göre Gedik, fizik bölümünü sadece 3 yılda bitirerek 1998’de birincilikle mezun oldu. Doktorası için ABD’de önce Southern California ve California at Berkeley üniversitelerini deneyen Gedik, deneysel fiziğe yatkınlığını fark etti ve 2004’te Berkley Üniversitesi’nde yüksek sıcaklıkta süperiletkenlerin yüksek hızlı lazerlerle incelediği doktora araştırmasını tamamladı. Dört yıl boyunca Caltech’te doktara sonrası araştırmacı olarak yüksek hızlı elektron kırılımları çalışan fizikçi, 2008’den bu yana dünyanın sayılı kurumlarından MIT’nin Fizik Bölümü’nde kuantum materyaller üzerine çalışıyor. Araştırmacının pek çok ödülü bulunuyor.
