Grafende floquet mühendisliğiyle yeni bir kuantum dönemi
Mayıs ayında Nature Physics dergisinde yayımlanan bir çalışmada araştırmacılar, grafen adlı maddede düzenli ışık dalgaları kullanarak yeni kuantum durumlarının varlığını deneysel olarak kanıtladı. Bu gelişme, kuantum teknolojileri ve malzeme bilimi için yeni fırsatların önünü açarken, Floquet mühendisliğinin grafen gibi iki boyutlu malzemelerde ilk kez uygulanabilir olduğunu göstermesi açısından büyük önem taşıyor.
Kurşun kalemlerde bulunan grafitten izole edilen ve atom kalınlığında karbon tabakası olan grafen, hem mekanik dayanıklılığı çelikten 200 kat daha fazla hem de bakırdan daha iyi bir elektrik iletkenidir. Ancak iyi bir iletken olsa da doğal hâliyle bir “bant aralığı”na sahip değildir. Bu da grafenin doğal yapısında açık-kapalı (1 ve 0) arasında geçiş yapabilmesini sağlayan aralığın olmadığı anlamına geliyor. Bu yüzden grafenin yarı iletken olarak kullanılması uzun süre teoride kaldı.
Son bir yıl içerisinde yapılan önemli araştırmalar, grafenin bant aralığı sorununu aşarak yapay bant aralığı oluşturdu. Bu da onu yarı iletken malzeme olarak kullanılabilir hâle getirdi. Böylece grafenin silikon tabanlı malzemelere alternatif olarak elektronik devrelerde kullanılma yolunda önemli mesafe kat etmesi sağlandı. Ancak grafenin özelliklerini değiştirmek ve kontrollü şekilde manipüle etmek hâlâ zor bir meydan okumaydı. Bu zorluğu aşmak için ise “Floquet mühendisliği” adı verilen bir yöntem kullanıldı.
Floquet mühendisliği, bir malzemenin elektronik özelliklerini periyodik dış etkilerle geçici olarak değiştirmeyi amaçlayan bir yöntemdir. Mayıs ayında yayımlanan çalışmada da, grafen üzerine düzenli aralıklarla yoğun lazer ışığı uygulanarak malzemenin enerji bant yapısı yeniden şekillendirildi. Araştırmacılar, bu değişimleri gözlemleyebilmek için zaman ve açıya bağlı fotoemisyon spektroskopisi (tr-ARPES) tekniğini kullandı. Bu ölçüm yöntemi sayesinde, grafenin elektronik yapısında ışık etkisiyle ortaya çıkan “Floquet yan bantları” doğrudan gözlemlenebildi. Bantlar arasında oluşan kuantum girişimleri ölçülerek, Floquet durumlarının deneysel olarak varlığı kesin bir şekilde doğrulandı.
Bu buluş, ışıkla kontrol edilebilen elektronik bileşenler, kuantum bilgisayarlar ve enerji açısından yüksek verimlilik sunan sensörlerin geliştirilmesinde yeni bir dönemin kapılarını aralıyor. Çalışma, temel fizik prensiplerinin daha iyi anlaşılmasını sağlarken, geleceğin elektronik ve optoelektronik cihazlarının tasarımının önünü açıyor.
Yazı: Nehir Yurtsever
