MIT fizikçileri, bir metre kalınlığının sadece milyarda birinde bir malzemede kristal yapılar oluşturan elektronların beklenmedik keşfini bildirir. Çalışma, aynı ekibin sadece üç yıl önce keşfettiği materyalden kaynaklanan bir altın madenine katkıda bulunuyor.
22 Ocak’ta yayınlanan bir makalede Doğaekip, kısmen yeni malzemenin yapılan cihazlardaki elektronların, dış boşluğa benzer bir sıcaklıkta tutulduklarında cihazlara uygulanan voltajı değiştirerek nasıl katı veya kristal oluşturabileceğini açıklar. Aynı koşullar altında, geçen yıl bildirdikleri işe eklenen iki yeni elektronik durumun ortaya çıktığını gösterdiler.
Fizikçiler, işte yer alan ekipmanın daha iyi yalıtımı için yeni özel yapım filtreler sayesinde keşifleri yapabildiler. Bunlar, cihazlarını daha önceki sonuçlar için elde ettiklerinden daha soğuk bir büyüklük sırasına kadar soğutmalarına izin verdi.
Ekip ayrıca, yeni materyalin iki farklı “versiyonunu” kullanarak, biri beş kat atomik ince karbondan oluşan iki farklı “versiyonu” kullanarak gözlemledi; diğeri dört katmandan oluşuyor. Bu, “Bu tür bir davranış elde edebileceğiniz, heyecan verici bir malzeme ailesi olduğunu gösteriyor” diyor. JU ayrıca MIT’in Malzeme Araştırma Laboratuvarı ve Elektronik Araştırma Laboratuvarı’na bağlıdır.
Rhombohedral Pentalayer grafen olarak bilinen yeni malzemeye atıfta bulunan Ju, “Bir altın madeni bulduk ve her kepçe yeni bir şey ortaya koyuyor.”
Yeni Malzeme
Rhombohedral Penterayer grafen aslında özel bir kalem kurşun biçimidir. Kalem kurşun veya grafit, bir petek yapısına benzeyen altıgenlerde düzenlenmiş tek bir karbon atomu tabakası olan grafenden oluşur. Rhombohedral Penterayer grafen, belirli bir örtüşen düzende istiflenmiş beş grafen tabakasından oluşur.
Ju ve meslektaşları malzemeyi keşfettiklerinden, grafenin özelliklerini vurgulayabileceğini ve hatta yeni fenomenler üretebileceğini düşündükleri başka bir malzemenin katmanlarını ekleyerek onunla uğraştılar. Örneğin, 2023’te altıgen bor nitrürden yapılmış “çörekler” ile bir Rhombohedral Pentiayer grafen sandviç yarattılar. Sandviçe farklı voltajlar veya elektrik miktarları uygulayarak, daha önce doğal grafitte hiç görülmemiş üç önemli özellik keşfettiler.
Geçen yıl, JU ve meslektaşları bir başka önemli ve daha da şaşırtıcı fenomen bildirdiler: Elektronlar, Rhombohedral Penterayer grafen ve altıgen bor nitrürden oluşan yeni bir cihaza bir akım uyguladıktan sonra kendilerinin kesirleri haline geldi.
Bu önemlidir, çünkü bu “kesirli kuantum salonu etkisi” sadece birkaç sistemde, genellikle çok yüksek manyetik alanlarda görülmüştür. JU çalışması, fenomenin manyetik bir alan olmadan oldukça basit bir malzemede meydana gelebileceğini gösterdi. Sonuç olarak, buna “fraksiyonel kuantum anormal salon etkisi” denir (anormallik manyetik alanın gerekli olmadığını gösterir).
Yeni Sonuçlar
Mevcut çalışmada, JU ekibi, 30 millikelvine soğutulduğunda genel rhombohedral grafen/bor nitrür sisteminden daha beklenmedik fenomenler bildirmektedir (1 Millikelvin -459.668 derece Fahrenheit’e eşdeğerdir). Geçen yılki makalede, JU ve meslektaşları altı kesirli elektron durumu bildirdiler. Mevcut çalışmada, bu kesirli durumlardan iki tane daha keşfettiğini bildiriyorlar.
Ayrıca başka bir alışılmadık elektronik fenomen buldular: çok çeşitli elektron yoğunluklarında tamsayı kuantum anormal salon etkisi. Kesirli kuantum anormal salon etkisinin, suya benzer bir elektron “sıvı” fazında ortaya çıktığı anlaşıldı. Buna karşılık, ekibin gözlemlediği yeni durum, sistemin voltajı ultra düşük sıcaklıklarda dikkatlice ayarlandığında, kesirli kuantum anomalous salonla bir arada bulunabilen bir elektron “katı” fazı-elektronik “buz” oluşumunu çözebilir.
Tamsayı ve kesirli durumlar arasındaki ilişkiyi düşünmenin bir yolu, elektrik gerilimlerini ayarlayarak oluşturulan bir haritayı hayal etmektir: Sistemi farklı voltajlara ayarlayarak, buzullardan (katı benzeri integer etkisini temsil eden sıvı benzeri fraksiyonel durumları temsil eden) benzer bir “peyzaj” oluşturabilirsiniz (katı benzeri integer etkisini temsil eder).
Ju, ekibinin tüm bu fenomenleri sadece Pentalayer Rhombohedral grafende değil, aynı zamanda dört katmandan oluşan Rhombohedral grafende de gözlemlediğini belirtiyor. Bu bir malzeme ailesi yaratır ve diğer “akrabaların” var olabileceğini gösterir.
“Bu çalışma bu malzemenin egzotik fenomenler sergilemede ne kadar zengin olduğunu gösteriyor. Bu zaten çok ilginç malzemeye daha fazla lezzet ekledik,” diyor gazetenin ilk yazarı Zhengguang Lu. Çalışmayı MIT’de doktora sonrası olarak yöneten Lu, şimdi Florida Eyalet Üniversitesi’nde fakültede.
