NIMS Nanomimarlık Malzemeleri Uluslararası Merkezi’nden ( MANA) araştırmacı bir grup silikon yüzeyinde tek atomik katmanın süperiletkenlik ile elektriksel direncinin sıfır olduğunu ispat ettiler.
Dokulu silikon yüzeyi örneği
Dr. Takashi Uchihaski ( MANA bilim adamı) ve Dr. Tomonobu Nakayama (MANA baş araştırmacısı) önderliğindeki grup, silikon yüzeyinde tek atomik katmanlı metal içeren maddelerin süperiletkenlikle elektriksel direncinin serbest hale geldiğini kanıtladılar.
Yarıiletken cihazlar kullanılarak yapılan mevcut entegre devrelerin işlem sırasında fazla ısı üretmeleri enerji tasarrufu ve çevresel koruma açısından bakıldığında çok ciddi bir problemdir. Süperiletkenler kullanılarak yapılan mantık elemanları (devre elemanları) bu soruna köklü çözüm sunan etkin bir aday olarak dikkat çekmiştir. Diğer yandan, süperiletken cihazları kullanan foton dedektörleriyle yapılan kuantum bilgi iletişimi araştırmaları aynı zamanda mükemmel bilgi güvenliği sağlayan bir iletişim aracı olarak ilerlemektedir. Gelecekteki pratik uygulamasında aşılması gereken sorun olarak, bu ilgili cihazlarda yüksek bütünleşme ve yüksek verimlilik, vb. gerçekleştirmek gereklidir. Süperiletken malzemelerin ince filmlerinin oluşturulması ve geliştirilmesi bu amaç için etkili olacaktır.
Şekil (Sol) İndiyum tek bir atomik tabaka içeren bir katı madde yüzeyine elektrotlar ekleyerek ölçülen sıfır direnç yatkınlığının sıcaklığa bağımlılığı. Küçük grafik ise yüksek sıcaklık bölgesindeki değişimleri gösteriyor. Direnç 2.8K sıcaklığında sıfır oluyor. (Sağ) Akım eğilimi- voltaj karakteristiği değişen sıcaklığa göre ölçülmüştür. Akım kritik akım değerine (Ic) ulaştığında, süperiletkenlik yok oluyor ve malzeme normal dirençli olduğu hale dönüşüyor. Küçük grafik Ic ve Ic den elde edilen kritik akım yoğunluğunu (J3D,3) sıcaklığın fonksiyonu olarak gösteriyor. Copyright : NIMS
Dr. Uchihaski liderliğindeki ekip, özel silikon yüzey yapısı ile düzenlenmiş bir indiyum tek atomik tabaka üzerinde yoğunlaşırken, dünyada ilk defa bu maddenin elektriksel direncinin sıfır haline gelmesini gözlemlediler ve madde düşük sıcaklıklara soğutulduğunda süperiletkenlik gösterdi. Ayrıca, bu maddeden geçen akım arttırıldığı zaman, maksimum 6.1*109 A/m2 (akım yoğunluğu) büyük bir akımın geçmesi mümkün oldu. Süperiletkenliğin prensiplerinden beklenen süperiletken akımın (sıfır dirençteki akım) son derece sınırlı ve düzensiz bölgeli kaı yüzeyinden geçmesinin oldukça zor olduğuydu. Ancak, araştırma bu beklentiyi bozdu.
Bu araştırma, süperiletken malzemenin kalınlığının atomik düzeyde son sınırının azaltılabileceği gerçeğini açıklamıştır. Bu başarının süperiletken mantık devre elemanlarının daha fazla geliştirilmesi/entegresi ve süperiletken dedektörlerin yüksek verimlilik/yüksek hız gibi özelliklerine olan araştırmaları hızlandıracağı görülüyor.
Bu araştırmanın sonuçları yakın bir zamanda Amerikan Fizik Enstitüsü’nün Physical Review dergisinde yayınlanacaktır.
Hazırlayan: Gülcihan Utaş | Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu
Kaynak: http://www.physorg.com/news/2011-11-proof-atomic-layer-material-electrical.html
* Bu haber, Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu faaliyetleri kapsamında hazırlanmıştır.
