Ultra ince bir grafen çeşidindeki yeni özellik, çok daha yoğun bilgisayar belleğine izin verebilir.
Tek bir atom katmanından oluşan ultra ince malzemeler, yaklaşık 17 yıl önce grafenin izolasyonundan bu yana bilim insanlarının dikkatini çekti. O zamandan beri yapılan diğer ilerlemelerin yanı sıra, MIT araştırmacıları da dahil olmak üzere araştırmacılar; 2D malzemelerin tek tek tabakalarını istiflemenin ve bazen bunları birbirine hafif bir açıyla bükmenin onlara süper iletkenlikten manyetizmaya kadar yeni özellikler kazandırabileceğini keşfetti.
MIT fizikçileri; bu ünlü materyale benzer bir atomik yapıya sahip olduğu için “beyaz grafen” olarak bilinen bor nitrür ile bunu yaptılar. Ekip, iki tek bor nitrür tabakası birbirine paralel olarak istiflendiğinde, malzemenin ferroelektrik hale geldiğini ve malzemedeki pozitif ve negatif yüklerin kendiliğinden farklı taraflara veya kutuplara yöneldiğini göstermiştir. Harici bir elektrik alanının uygulanması üzerine, bu yükler kutuplaşmayı tersine çevirerek taraf değiştirir. Daha da önemlisi, tüm bunlar oda sıcaklığında gerçekleşir.
Mevcut ferroelektrik malzemelerden tamamen farklı bir mekanizma ile çalışan yeni malzemenin birçok uygulaması olabilir.
Cecil ve Ida Green Fizik Profesör Pablo Jarillo-Herrero: “Çeşitli 2D malzemelerde çok çeşitli fiziksel özellikler keşfedilmiştir. Şimdi, ortaya çıkan özellikler ve yeni işlevsellikler oluşturmak için ferroelektrik bor nitrürü diğer malzeme aileleriyle kolayca istifleyebiliyoruz.”
Potansiyel Uygulamalar
Science makalesinin baş yazarı Yasuda, yeni ultra ince ferroelektrik malzemenin potansiyel uygulamaları arasında “onu daha yoğun bellek depolaması için kullanmak heyecan verici bir olasılık” diyor. Bunun nedeni, malzemenin polarizasyonunu değiştirmek, birleri ve sıfırları (dijital bilgiyi) kodlamak için kullanılabilir olması… Bu bilgi zaman içinde sabit olacaktır. Bir elektrik alanı uygulanmadıkça değişmez. Bilim makalesinde ekip, bu kararlılığı gösteren bir ilke kanıtı deneyi rapor ediyor.
Yeni malzeme, bir metrenin yalnızca milyarda biri kalınlığında olduğu için (şimdiye kadar yapılmış en ince ferroelektriklerden biri) aynı zamanda çok daha yoğun bilgisayar belleği depolamasına da izin verebilir.
Ekip ayrıca, paralel bor nitrür tabakalarını birbirine hafif bir açıyla bükmenin, başka bir “tamamen yeni tip ferroelektrik durum” ile sonuçlandığını buldu. Twistronic olarak bilinen bu genel yaklaşım; grafende geleneksel olmayan süper iletkenliği elde etmek için kullanan Jarillo-Herrero grubu tarafından öncülük edildi.
Yeni Fizik
Yeni ultra ince ferroelektrik malzeme, yeni fizik içerdiği için de heyecan verici… Nasıl çalıştığının arkasındaki mekanizma, geleneksel ferroelektrik malzemelerinkinden tamamen farklıdır.
Araştırmacı Yasuda: “Düzlem dışı ferroelektrik anahtarlama, iki bor nitrür levha arasındaki düzlem içi kayma hareketiyle gerçekleşir. Dikey polarizasyon ve yatay hareket arasındaki bu benzersiz bağlantı, bor nitrürün yanal sertliği ile sağlanır.”
Diğer Ferroelektriklere Doğru
Yasuda, Science’da açıklanan aynı teknik kullanılarak başka yeni ferroelektriklerin de üretilebileceğini belirtiyor.
“Ferroelektrik olmayan bir başlangıç malzemesini ultra ince bir ferroelektriğe dönüştürme yöntemimiz, bor nitrüre benzer atomik yapılara sahip diğer malzemeler için geçerlidir, böylece ferroelektrik ailesini büyük ölçüde genişletebiliriz. Bugün sadece birkaç ultra ince ferroelektrik var” diyor. Araştırmacılar şu anda bu amaçla çalışıyorlar ve bazı umut verici sonuçlar elde ettiler.
Jarillo-Herrero laboratuvarı, grafen gibi ultra ince, iki boyutlu malzemeleri manipüle etme ve keşfetme konusunda öncüdür. Bununla birlikte, ultra ince bor nitrürün ferroelektriğe dönüşümü beklenmedik bir şeydi.
Xirui Wang: “Ölçümleri yaptığımız zamanı hala hatırlıyorum ve verilerde olağandışı bir sıçrama gördük. Deneyi tekrar çalıştırmamız gerektiğine karar verdik ve tekrar tekrar yaptığımızda yeni bir şeylerin olduğunu doğruladık.”
