Yeni bir araştırma, ışığın elektrona bağlanarak iki parçacığın da özelliklerini taşıyan yeni bir form oluşturabileceğini gösteriyor.
Imperial College London’da yapılan araştırmaya göre ışık ve elektronun birleşimi ile elde edilen yeni form elektronik devrelerde elektron yerine foton paketlerinin kullanılmasına yol açacak özelliklere sahip olabilir.
Diğer yandan bu araştırma kuantum fiziğinde atomaltı parçacıkları görülebilir ölçekte incelenmesini kolaylaştıracak.
Normal maddelerde ışığın maddenin yüzeyindeki ve içindeki elektronlarla etkileştiği biliniyor, fakat bu araştırmada yapılan modelleme ile ilk defa ışığın topolojik yalıtkanlar üzerindeki davranışı incelendi ve ışığın sadece bir elektron ile etkileştiği sonucu elde edildi. Bu etkileşim ışığın ve elektronun özelliklerini taşıyan bir birleşmeyi doğurdu. Normalde bir doğru boyunca ilerleyen ışık birleştiği elektron ile bu elektronun üzerinde bulunduğu maddenin yüzeyini takip ediyor.
Dr. Vincenzo Giannini ve çalışma arkadaşlarının Nature Communications dergisinde yayınladıkları makalede bu etkileşim, çapı 0.00000001 metrenin (10nm) altında olan topolojik yalıtkandan yapılan bir nanoparçacık ile modellendi. Bu modelleme ile aynı zamanda ışık ile birleşen elektronun da ışığın bazı özelliklerini aldığı ortaya çıktı.
Normalde, iletkenlerde elektronlar maddenin yüzeyi boyunca hareket ederler ve bir yalıtkanla karşılaşmadıkları sürece harekete devam ederler. Fakat yapılan araştırmaya göre yüzeyde bozukluklar olmasına rağmen elektron da ışığın yardımı ile hareketine devam etti. Eğer bu yenilik fotonik devrelere uyarlanabilirse elektronlar bozulmaya ve fiziksel bozukluklara karşı daha dayanıklı hale gelebilirler.
Dr. Giannini bu araştırmanın önemini şu sözlerle vurguluyor: “Bu araştırmanın ışığı anlamamıza çok büyük etkisi olacaktır. Topolojik yalıtkanlar son 10 yıl içerisinde bulunmuş olmasına rağmen bize daha şimdiden çalışacak yeni konular sağlıyor ve fiziğin önemli konularını keşfetmemizde yol gösteriyor.”
Dr. Giannini araştırmalarında yaptıkları modellemenin deneysel fizikte de gözlenebileceğini ve bu konuda çalışma arkadaşlarının deneysel fizikçilerle iş birliğinde olduğunu belirtti. Ayrıca, ölçeğin arttırılmasıyla ışık-elektron ikilisinin daha kolay bir şekilde gözlemlenebileceğini düşünüyor.
Kuantum etkiler günümüzde sadece ya çok küçük ya da çok soğuk nesnelerde görülebiliyor fakat bu çalışma bilim insanlarına kuantum etkilerini oda sıcaklığında da görebilme olanağını sunabilir.
Furkan M. Altınçiçek
Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümü
Referanslar:
Hayley Dunning, Scientists discover light could exist in a previously unknown form, Imperial College London
G. Siroki et al, Single-electron induced surface plasmons on a topological nanoparticle, Nature Communications (2016). DOI: 10.1038/NCOMMS12375
Görsel: Işığın nanoparçacık topolojik yalıtkan üzerinde yakalanışını gösteren illüstrasyon. Hayley Dunning, Imperial College London