Kuantum bilgisayarlar için süper hızlı materyal

Materyal bilimi, kuantum bilgisayarlar ve yeni nesil hızlı elektronik cihazlar için atılım sağlayabilir. Utah Üniversitesi araştırmacıları, materyal bilimi alanındaki çalışmalarında, organik materyallerin maliyet azaltan etkisini ortaya koyan yeni bir alana öncülük ettiklerini belirtti.

Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırmada imzası bulunan materyal bilimi profesörü  Feng Liu, “İlk kez organik materyallere dayanan topolojik izolatörlerin testini gerçekleştirdik... Elde ettiğimiz sonuçlar spintronikten (dönüş elektroniği), kuantum hesaplamaya kadar birçok alanda etkinliği artıracak” dedi.

ScienceDaily sitesine bilgi veren Liu, ‘yeni organik topolojik izolatörlerin (yalıtkanlar)mühendisliğinde ilerleme kaydettiklerini’ belirterek, ‘iki farklı ince film arasında bir arayüz oluşturarak, topolojik izolatörler’ yapabildiklerini ifade etti. Liu, organik topolojik izolatörlerdeki arayüzde, Dirac fermionu olarak adlandırılan elektronların, Dirack denklemi adlı göreli kuantum mekaniğiyle hareket ettiğini belirtti.

Utah Mühendislik Yüksekokulu’daki deneylerde, Liu ve ekibi organik topolojik izolatörlerin varlığını kanıtlamak için organik metal bileşiği olarak adlandırılan, karbon-karbon bağları ve karbon-metal bağlarına başvurdu. Deneylerde, elektronların bir kümes teli tabakasına benzeyen (petek gibi altıgen yapıların bir araya geldiği tabaka) bileşik üzerinde nasıl hareket ettiği incelendi.

SPİNTRONİK CİHAZLAR GELİŞECEK
Topolojik izolatörleri oluşturmak için, bilim insanları fermion ileten materyaller tasarladı. Fermionlar, topolojik izolatörlerde kütlesiz ve ağırlıksız ışık paketi gibi tepki veriyor ve materyalin köşesinde veya yüzeyinde hızla hareket ederken elektriği iletiyorlar. Ancak, fermionlar materyalin içinde hareket ederse, elektriği iletme özelliği ortadan kalkıyor.

Dahası, Dirac fermionları dönme veya açısal momentum denilen özelliğe sahip. Bu özellik, parçacığın ekseninin manyetik kutup gibi tepki vermesini sağlıyor. Bilim insanları, dönme özelliği sayesinde parçacığa bilgi yüklemek için alternatif bir yöntem elde etti. Bu yöntemi mümkün kılan ise dönme özelliğinin ‘artırılıp’ ‘azaltılabilmesi.’ Bu sayede, dönme özelliğine dayanan elektronik cihazlarda (spintronik) veri depolanmasında kullanılacak mekanizmalar da geliştirilebilecek.

BİR İLK GERÇEKLEŞTİ
Liu, “Dirac fermionu gibi özel bir elektron türüyle, dönme hareketinin bilgi iletimi için yönlendirebileceğini gösterdik... Bu özellik, geleneksel cihazlara kıyasla aşırı ısı yayılımı endişesi olmadan daha hızlı bilgi iletimi sağlayacak” dedi.

Bilim insanları, geçmişte farklı materyallere dayanan inorganik izolatörler oluşturmayı denese de, organik veya moleküler topolojik izolatör oluşturulmasında başarı elde edilememişti. Liu’nun meslektaşları Zhengfei Wang ve Zheng Liu ile gerçekleştirdiği çalışmalar, ABD Enerji Bakanlığı ve Ordu Araştırma Laboratuvarı tarafından finanse edildi.