1960’lardan beri bilinen uranyum bileşiği, olağandışı manyetik özelliklere sahip gizli sarmal yapıyı ortaya çıkarıyor

Dallas’taki Texas Üniversitesi’nden bir bilim adamı ve meslektaşları, uranyum bazlı bir malzemede, ona manyetik özelliklerin nadir bir kombinasyonunu veren alışılmadık bir atom modeli keşfettiler; bu, gelişmiş elektronik ve bilgisayar hafıza cihazlarının tasarlanması için yeni yollar açabilecek bir bulgu.

Doğa Bilimleri ve Matematik Fakültesi’nde fizik alanında yardımcı doçent olan Dr. Mengke Liu ve çalışma arkadaşları, bir uranyum oksitelürür (UOTe) kristalinde daha önce fark edilmemiş bir kiral üst kafes buldular.

Liu, araştırmayı detaylandıran ve dergide 7 Ekim’de çevrimiçi olarak yayınlanan bir çalışmanın sorumlu yazarıdır. Doğa.

Çarpık bir desen ortaya çıkıyor

Keşif, Liu’nun Harvard Kuantum Girişimi doktora sonrası üyesi olduğu ve 2025’te UT Dallas fakültesine katılmadan önce bu görevi yürüttüğü sırada başladı.

Liu’nun işbirlikçilerinden biri olan, St. Louis’deki Washington Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Dr. Sheng Ran, Liu’ya analiz etmesi için sentezlediği uranyum bileşiğinin kristallerini verdi. Deneysel fizikçi ve görüntüleme teknolojisinde uzman olan Liu, atomik ölçekte malzeme yüzeylerinin yüksek çözünürlüklü görüntülerini incelemek ve oluşturmak için transmisyon elektron mikroskobu ve taramalı tünelleme mikroskobu kullanıyordu.

Teknikleri kullanarak, UOTe örneğinde kiral süper kafes adı verilen tekrarlayan, bükülmüş bir atom yapısal deseni tespit etti. Kiral, spiral yapıların ağırlıklı olarak sol veya sağ yönde büküldüğü anlamına gelir. Bu yapı içerisinde hareket eden elektronlar beklenmedik şekillerde davrandılar ve araştırmacılar bunun, malzemenin hem ferromanyetik hem de antiferromanyetik özelliklere sahip olmasından kaynaklandığını belirledi.

Liu, “Başlangıçta bu materyali tamamen farklı bir nedenden dolayı inceliyordum” dedi. “Yüksek çözünürlüklü mikroskopla incelediğimde, daha önce kimsenin tanımadığı, doğal olarak oluşan bir üst yapı buldum.”

Bir malzemede iki manyetik özellik

Ferromanyetik malzemeler manyetiktir, antiferromanyetlerin ise net mıknatıslanması sıfırdır.

Liu, “Bu özelliklerin her ikisini de birleştiren tek bir malzeme bulmak temelde ilginç” dedi.

Liu’nun Harvard Üniversitesi’ndeki meslektaşları, ortak muhabir yazar Dr. Suyang Xu, doğa bilimleri alanında John L. Loeb doçenti, aynı anda aynı materyali araştırıyorlardı. İki ekip, bulmacanın farklı parçalarını bir araya getiren tamamlayıcı deneylerinden elde edilen bulguları düzenli olarak paylaştı ve karşılaştırdı.

Araştırmacılar, işbirlikleri sırasında kapsamlı ek ölçümler gerçekleştirdiler ve malzemenin benzersiz atomik organizasyonunun, elektronların onun içinde nasıl hareket ettiğini belirleyen önemli bir faktör olduğunu doğruladılar.

Daha hızlı, daha dayanıklı bellek potansiyeli

Malzemenin birleşik özellikleri gelecekteki manyetik bilgisayar hafıza teknolojileri için değerli olabilir. Antiferromanyetik malzemeler genellikle dış manyetik alanlardan kaynaklanan bozulmalara karşı daha dirençlidir ve geleneksel ferromıknatıslardan daha hızlı çalışabilir.

Liu, “Bu avantajlardan yararlanılabilirse, bellek cihazları potansiyel olarak hem daha hızlı hem de daha sağlam hale gelebilir” dedi.

Gizli yapılar için ilgili bileşiklerin aranması

Araştırmacılar ayrıca yüzlerce ilgili bileşiğin benzer süper örgü yapılarına ev sahipliği yapabileceğini öne süren hesaplamalı analizler de yürüttüler.

Liu, “Bu çalışma, bu olağandışı özelliklere sahip malzemeleri aramanın yeni bir yolunu sunuyor” dedi. “Yalnızca temel atomik düzenlemeye odaklanmak yerine, artık elektronların davranışını etkileyebilecek daha büyük üst yapıları da keşfedebiliyoruz.”

Liu, keşfin, bilinen materyallerin modern deneysel araçlarla yeniden incelenmesinin önemini vurguladığını söyledi.

Liu, “Uranyum oksitelürür 1960’lardan beri biliniyor, ancak o zamandan beri araştırmalarda büyük ölçüde göz ardı edildi. Artık, günümüz teknikleriyle, daha önce gizli olan özellikleri ortaya çıkarabiliyor ve inceleyebiliyoruz” dedi.

Harvard ekibinden bu makalenin ilgili yazarları olan diğer araştırmacılar Doğa makale Dr. Philip Kim ve şu anda Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi’nde bulunan Dr. Jianxiang Qiu’dur.