Modern haberleşme teknolojileri hızlı elektronlar ve hızlı fotonlar sayesinde gerçekleşir. Daha da hızlanabilir mi? Moore yasası yani işlemci gücünün her 18 ayda bir ikiye katlanması sürdürülebilir mi? Elektroniğin nanometre ölçekli bileşenleri fotoniğin hızı ile birleştirilebilir mi?
Joint Kuantum Enstitüsü’nde böyle yaklaşımlardan biri araştırılmaktadır. Bu enstitüde bilim insanları üç muhteşem fizik araştırma alanını bir araya getirerek araştırmalarını sürdürmektedir. Bu üç muhteşem fizik alanı mikroakışkanlar, kuantum noktaları ve plazmoniklerdir. Bunları 12 nm kadar iyi bir hassasiyetle optik yapıları inceleme ve sondalamada kullanmaktadırlar.
Plazmonikler
Işık metal bir şerite çarptığında yüzeyde bir elektron dalgası uyarılabilir. Bu bir parça ışık veya elektriğe yüzey plazmonu denir. Her ikisinden de bir parça olabilir. Bu elektromanyetik dalganın dalgaboyu gelen laser ışığından daha kısadır ve enerji yoğunluğu da daha yüksektir; böylece plazmon metal yüzey boyunca yayılmak için zorlanmış sıkı bağlı lokalize ışıktan başka bir şey değildir. Plazmoniğin bilimi plazmonların doğasında olan değişik görüntüleme, algılama ve işleme yeteneklerinden yararlanmak için ortaya çıkmıştır. Başlangıç için laser uyarımlı metalik yüzeyde tam olarak ne olduğunu bilmek gerekir. Işık plazmonik dalgaya dönüşür, daha sonra ise enerjisi yeniden ışığa dönüşebilir.
İşte burada Joint Kuantum Enstitüsü deneyi devreye giriyor. 5 Şubat 2013’te Nature Communications dergisinde yayınlanan çalışmanın ana sonucu 4 mikrometre uzunluğunda ve 100 nanometre genişliğindeki gümüş bir telin yani metal şeritin nasıl ışık saçtığını gösteren bir haritasını sağlamaktır.
Mikroakışkanlar ve Kuantum Noktaları
Plazmoniklere ilaveten deneyin diğer iki ana bileşeni mikroakışkanlar ve kuantum noktalarıdır. Mikroakışkanlar tüm kendisiyle nispeten yeni bir bilimdir ve kanallar aracılığıyla akışkanların nanolitre hacimli hareket özellikleri, elektrik akımlarını taşımak için mikroişlemciler üzerinde iletim yollarına benzer şekilde mikroçiplere bağlıdır. Nanometre büyüklüğünde yarıiletken toplar olan kuantum noktaları bir dizi özel izinli enerji durumlarına sahip olmak için uygun hâle getirilmiştir; noktalardaki etki etrafında hareket edebilen yapay atomlardır. Joint Kuantum Enstitüsü deneyinde 10 nanometre genişlikli noktalar (Kadmiyum-Selenid katmanı sadece 3 nanometre kalınlıklığındandır) değişebilen uygulanan bir gerilim ile kontrol edilebilen bir akışkanda yüzmektedir. Kuantum noktalar nanotele yakın olarak hazırlanmaktadır. Bunu bir denizaltının yakınındaki mayınlar gibi düşünebilirsiniz.
Aslında kuantum noktalar tam olarak teli uyarmak için kullanırlar. Kuantum nokta bir anlamda bir nanoskopik ampül veya bir floresans makinedir. Kuantum noktaya yeşil laser ışığı vurunca, hızlıca kırmızı ışığı yeniden yayar (bir defada bir foton) ve bu radyasyon bir anten gibi davranan tel yakınında uyarılan dalgalardır. Fakat bu etkileşme iki yollu bir sokaktır; kuantum noktanın emisyonları telin uzunluğunun boyuna bağlı olarak değişecektir; telin ucu (bir ahır üzerindeki sivri bir paratoner gibi) elektrik alanların en yüksek olduğu yerdir ve bu kuantum noktadan en yoğun emisyonun çekildiği anlamına da gelir.
Bir CCD kamera kuantum noktalarda ve telden gelen ışığı yakalar. Bu kameranın nitelikleri, kuantum noktanın optik özellikleri, kuantum noktanın dikkatli konumlandırması ve nanotelin biçimi ve saflığı 12 nanometre (nm) hassasiyetli nanotelin elektrik alan şiddetinin bir görüntüsünü sağlamak için birleştirir. Elektrik alan şiddet haritası kuantum noktasından gelen kırmızı ışık (dalgaboyu 620 nm’dir) girişini 320 nm’lik bir plazmonik dalgaboyuna etkili bir biçimde dönüştürmektedir.
Olası Uygulamaları
Gerçek bir aygıtta, kuantum noktası parçacığın emisyonları üzerine etkisi gözlenen nanotel aracılığıyla belirlenebilen bir biyo-parçacık ile yer değiştirebilir. Ya da kuantum nokta-tel ikilisi elektrik devre bileşenlerin plazmonik eşdeğerleri gibi çeşitli konfigürasyonlarda birleştirilebilir. Nanotelin bu tür diğer kullanımları doğrusal olmayan etkileri desteklemek için plazmonik durumda yüksek enerji yoğunluğundan yararlanmak da olabilir. Bu ise bir optik transistör olarak nanotel-nokta kombinasyonu çalışmasına olanak verebilir.
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletim Grubu
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak:
http://phys.org/news/2013-02-quantum-dots-probe-nanowires.html
