Elektronların sıvı gibi akmasını sağlamak zordur ancak grafen içindeki araştırmacılar onları o kadar hızlı hareket etmeye zorladı ki dramatik şok dalgaları yarattılar.
Hızlı ve yavaş hareket eden su bir sınırda buluştuğunda hidrolik sıçrama meydana gelir
Araştırmacılar ilk kez elektronları süpersonik hale getirecek kadar hızlı akmaya iterek bir şok dalgası yarattılar.
Cihazlarımızdan geçen elektrik akımları nehir akıntılarıyla aynı adı paylaşsa da aslında oldukça farklıdırlar. Elektronlar malzemelerin içinden geçerken atomlara çarparak hareketlerini engellerler; nehirlerdeki su damlacıkları ise çoğunlukla birbirleriyle çarpışır. Öyle olsa bile, 2016 yılında araştırmacılar, son derece ince karbon malzemesi olan grafenin içinde elektronların viskoz bir sıvı gibi akmasını sağlamayı başardılar. Şimdi, New York’taki Columbia Üniversitesi’nden Cory Dean ve meslektaşları, çok farklı bir şey yapmak için grafenin içindeki elektronları aldılar; parçacıklar o kadar hızlı aktı ki, hidrolik bir sıçrama gerçekleştirdiler.
Bulaşıkları yıkarken hidrolik sıçrama ile karşılaşabilirsiniz. Bir musluğu çalıştırdığınızda, altındaki lavaboda oluşan hızlı ve yavaş hareket eden suyu ayıran dağınık halka şeklindeki sınır tam da budur. Deneyin bir parçası olmayan Teksas’taki Rice Üniversitesi’nden Doug Natelson, “Belirli açılardan mutfak lavabonuzda ses patlaması oluyor” diyor.
Elektron versiyonunun tasarlanması daha az basitti. Araştırmacılar, 19. yüzyılda tasarlanan “de Laval nozülün” bir versiyonunu oluşturmak için iki kat grafenden mikroskobik bir nozül oluşturdular.bu Yüzyılda yaygın olarak roket motoru tasarımlarında kullanılmaktadır. Ortası öyle sıkıştırılmış bir tüptür ki, daralmanın içinde bir sıvı süpersonik hıza ulaştığında dışarı çıkarken yavaşlamak yerine hızlanmaya devam eder. Bu, sıvının bir şok dalgası oluşturmasıyla sonuçlanır.
Ancak araştırmacıların daha önce elektronlarda gözlemlenmemiş olan bu hidrolik sıçramayı tespit etmenin bir yolunu bulmaları gerekiyordu. Yine Columbia Üniversitesi’nden ekip üyesi Abhay Pasupathy, alışılageldiği üzere cihazın iki ucu arasındaki elektron akımı akışını ölçmek yerine, nozül boyunca birçok farklı noktadaki elektronların voltajını haritalamak için bir tür mikroskop uyarladıklarını söylüyor.
Natelson, grafen yapılarını elektronların gerçekten “yanak yanak” olmasını sağlayacak kadar bozulmamış hale getirmenin, yani onları bu daha dramatik rejime girecek kadar yakına sıkıştırmanın sanat ve incelik olduğunu söylüyor. Lüksemburg Üniversitesi’nden Thomas Schmidt, grafen püskürtme ucunun mikroskobik olarak küçük olduğu göz önüne alındığında, ekibin atlamayı çözebilmesinin teknik açıdan da etkileyici olduğunu söylüyor.
Artık elektronların bu kadar hızlı akmasını nasıl sağlayacaklarını bildiklerine göre araştırmacılar, elektrik yüklü şok dalgaları hakkında uzun süredir devam eden bazı soruları yanıtlama şansına sahipler. Dean, hidrolik sıçramaya kızılötesi ve radyo dalgaları için yeni jeneratörler inşa etmek için kullanılabilecek bir radyasyon emisyonunun eşlik edip etmediğinin devam eden bir tartışma konusu olduğunu söylüyor. “Bunu tartıştığımız her deneyci, bu emisyonu tespit etmenin yollarını düşünüyor. Her teorisyen, onun herhangi bir şey yaymasının hiçbir yolu olmadığını söylüyor. Burada gerçekte ne olduğuna dair bir soru var” diyor.
