Bükülmüş bir grafen parçasındaki elektronlar, ilk olarak 1976’da öngörülen garip bir tekrarlayan desen gösterir, ancak şimdiye kadar asla doğrudan ölçülmez
Douglas Hofstadter tarafından öngörülen fraktal “kelebek” paternini gösteren, manyetik alanda bükülmüş grafen katmanlarında elektronların enerji seviyelerinin teorik olarak hesaplanması
İlk olarak yaklaşık 50 yıl önce tahmin edilen, manyetik alanların alışılmadık bir konfigürasyonu ile üretilen fraktal kelebek paterni, bükülmüş bir grafen parçasında ilk kez ayrıntılı olarak görülmüştür.
1976’da bir fizik öğrencisi olsa da, bilgisayar bilimcisi Douglas Hofstadter, bazı iki boyutlu kristaller manyetik alanlara yerleştirildiğinde, elektronlarının enerji seviyelerinin, fraktal olarak bilinen, ne kadar uzaklaştığınızda aynı görünen garip bir desen üretmesi gerektiğini öngördü. Ancak o zaman Hofstadter, kristal atomlarının böyle bir patern üretmek için birbirine imkansız bir şekilde yakın olması gerektiğini hesapladı.
2013 yılında, araştırmacılar ilk olarak Hofstadter’ın kelebeği olarak bilinen bu modelin deneysel ipuçlarını, grafene benzer bir malzeme olan düz bir bor nitrür tabakasında gördüler. Ölçümleri, elektronların ne yaptığına dair ipuçları verebilecek malzemenin genel direncine baktı, ancak yine de elektronların tam enerjilerini bilmiyorlardı.
Şimdi, Princeton Üniversitesi’ndeki Ali Yazdani ve meslektaşları, iki bükülmüş grafen katmanı kullanarak Hofstadter’ın kelebeğini ilk kez ayrıntılı olarak ölçtüler.
Bir grafen tabakası, sihirli açı adı verilen belirli bir açıda diğerinin üstünde döndürüldüğünde, süperiletkenlik gibi beklenmedik özelliklere yol açabilecek benzersiz tekrarlayan yapısal desenler ve manyetik alanlar üretir. Bu koşullar, Hofstadter’ın orijinal tahminindeklerine benzer, ancak güçlü manyetik alanlar grafenin elektronlarını bozar ve bir elektron mikroskobu ile ayrıntılı olarak ölçülmelerini imkansız hale getirir.
Yazdani ve meslektaşları, daha zayıf manyetik alanlar üreteceğini ve elektronları ölçmek için serbest bırakacağını fark ettiklerinde, ekibin enerjilerinin ayrıntılı okumalarını almasına izin verdiklerinde ikinci bir sihirli açı ile denemeler yapıyorlardı. Yazdani, “Bu çok düşük manyetik alanlara gidebilip bu deneyi yapabilmemiz, insanların daha önce tahmin etmediği tatlı bir noktaydı” diyor.
Imperial College London’da Johannes Lischner, “Sahip olduğumuz öngörücü gücü gösteren güzel bir hikaye” diyor. “Elektronların temel yasalarını gerçekten anlıyoruz, o kadar ki bir tahmin yapabiliriz ve bunu doğrulamak 50 yıl sürse bile, günün sonunda tahmin edildiği şekilde ortaya çıkıyor.”
Hofstadter, “Makalenin temel bulgularından çok memnun kaldım” diyor. “Yaklaşık 50 yıl önce fizikten ayrıldım ve bu nedenle gerçekten bu konuda profesyonel kararlar veremem. 1976’da tahmin ettiğim yapının ampirik teyitleri olduğunda her zaman memnun olduğumu söylemeye gerek yok. ”
