Bilim adamları onlarca senedir iki boyutlu malzemelerin dünyamızı dönüştürme potansiyelini araştırıyorlar. 2D malzemeler, yalnızca tek bir atom tabakası kalınlığındadır. İçlerinde elektron şeklinde atom altı parçacıklar sadece iki boyutta hareket edebilirler. Bu rahat engelleme, olağandışı elektron davranışını tetikleyerek malzemeleri garip manyetizma biçimleri, süperiletkenlik ve elektronlar arasındaki öteki toplu davranışlar şeklinde “egzotik” özelliklerle donatabilir – bunların tümü hesaplama, yazışma, enerji ve öteki alanlarda yararlı olabilir.
Sadece araştırmacılar çoğu zaman bu egzotik 2B özelliklerin yalnızca tek katmanlı sayfalarda yada kısa yığınlarda var bulunduğunu varsaydılar. Bu malzemelerin sözde “toplu” versiyonları – daha karmaşık 3B atomik yapıları ile – değişik davranmalıdır.
Ya da o şekilde sandılar.
Nature’da 19 Temmuz’da gösterilen bir makalede, Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafınca yönetilen bir ekip, grafitin 2 boyutlu dengi grafene benzer fizyolojik özelliklere haiz grafiti – 2 numaralı kurşun kalemlerde bulunan toplu, 3 boyutlu araç-gereç – aşılamanın mümkün bulunduğunu bildirdi. Ekip, bu atılımın beklenmedik olmasının yanı sıra, yaklaşımının benzer tipteki dökme malzemelerin de 2B benzeri özellikler kazanıp kazanamayacağını kontrol etmek için kullanılabileceğine inanıyor. Eğer öyleyse, bilim adamlarının teknolojik devrimleri körükleyecek tek deposu 2D sayfalar olmayacaktır. Toplu, 3B malzemeler de aynı derecede yararlı olabilir.
UW fizik ve araç-gereç bilimi ve mühendisliği destek doçentlerinden kıdemli yazar Matthew Yankowitz, “Tek katmanı tek katman üstüne yığmak – yada iki katmanı iki katman üstüne yığmak – birkaç senedir 2B malzemelerde yeni fiziğin kilidini açmanın odak noktası olmuştur. Bu deneysel yaklaşımlarda, birçok garip özelliğin ortaya çıkmış olduğu yer burasıdır” dedi. “Fakat katman eklemeye devam edersen ne olur? Sonunda durmak zorunda, değil mi? Sezginin önerilmiş olduğu şey bu. Fakat bu durumda sezgi yanlış. 2B özellikleri 3B malzemelere karıştırmak mümkün.”
Osaka Üniversitesi ve Japonya’daki Ulusal Araç-gereç Bilimi Enstitüsü’ndeki araştırmacıları da içeren ekip, 2B malzemelerin özelliklerini araştırmak ve değiştirebilmek için yaygın olarak kullanılan bir yaklaşımı benimsedi: 2B levhaları minik bir bükülme açısıyla bir araya getirmek. Yankowitz ve meslektaşları, ince, hacimli bir grafit kristalinin üstüne tek bir grafen tabakası yerleştirdiler ve peşinden grafit ile grafen içinde ortalama 1 derecelik bir bükülme açısı getirdiler. Bir tek bükülmüş arayüzde değil, bununla birlikte toplu grafitin derinliklerinde de yeni ve beklenmedik elektriksel özellikler tespit ettiler.
Bununla birlikte UW Temiz Enerji Enstitüsü ve UW Nano-Mühendislik Sistemleri Enstitüsü’nde öğretim üyesi olan Yankowitz, bükülme açısının bu özellikleri oluşturmak için eleştiri öneme haiz bulunduğunu söylemiş oldu. İki grafen tabakası şeklinde 2D levhalar arasındaki bir bükülme açısı, elektronlar şeklinde yüklü parçacıkların akışını değiştiren ve malzemede egzotik özellikleri indükleyen hareli bir model oluşturur.
Grafit ve grafen ile meydana getirilen UW liderliğindeki deneylerde, bükülme açısı ek olarak şaşırtıcı neticelerle hareli bir desen oluşturdu. Yığın kristalin üstünde yalnızca tek bir grafen tabakası bükülmüş olsa da, araştırmacılar tüm malzemenin elektriksel özelliklerinin tipik grafitten belirgin şekilde değişik bulunduğunu buldular. Ve bir manyetik alanı açtıklarında, grafit kristalinin derinliklerindeki elektronlar, bükülmüş arayüzdeki elektronlarınkine benzer olağandışı özellikler benimsedi. Esasen, tek bükümlü grafen-grafit arayüzü, toplu grafitin geri kalanıyla ayrılmaz bir halde karıştı.
UW’de fizik alanında doktora sonrası araştırmacı olan destek yazar Dacen Waters, “Moiré modelini yalnızca grafitin yüzeyinde oluşturuyor olsak da, ortaya çıkan özellikler tüm kristal süresince akıyordu” dedi.
2B sayfalar için hareli desenler, kuantum hesaplama ve öteki uygulamalar için yararlı olabilecek özellikler üretir. 3B materyallerde benzer fenomenleri tetiklemek, maddenin olağandışı ve egzotik hallerini incelemek ve bu tarz şeyleri laboratuvardan günlük yaşamımıza iyi mi çıkaracağımız mevzusunda yeni yaklaşımların kilidini açar.
Fizik alanında UW doktora talebesi olan ortak yazar Ellis Thompson, “Kristalin tamamı bu 2B durumunu alıyor” dedi. “Bu, toplu bir malzemede elektron davranışını etkilemenin temelde yeni bir yoludur.”
Yankowitz ve ekibi, grafen ve toplu grafit kristali içinde bir bükülme açısı oluşturma yaklaşımlarının, tungsten ditelluride ve zirkonyum pentatellirid de dahil olmak suretiyle kardeş malzemelerinin 2D-3D hibritlerini oluşturmak için kullanılabileceğine inanıyor. Bu, tek bir 2D arayüzü kullanarak geleneksel dökme malzemelerin özelliklerini tekrardan tasarlamak için yeni bir yaklaşımın kilidini açabilir.
Yankowitz, “Bu yöntem, karışık 2B ve 3B özelliklere haiz malzemelerde coşku verici yeni fizyolojik vakaları incelemek için hakikaten varlıklı bir oyun alanı olabilir” dedi.
Kağıt üstündeki ortak yazarlar, her ikisi de Araç-gereç Bilimi ve Mühendisliği Kısmı’nde UW lisansüstü talebesi Esmeralda Arreguin-Martinez ve UW doktora sonrası araştırmacı Yafei Ren; UW araç-gereç bilimi ve mühendisliği destek doçenti Ting Cao; UW fizik profesörü ve araç-gereç bilimi ve mühendisliği başkanı Di Xiao; Osaka Üniversitesi’nden Manato Fujimoto; ve Japonya Ulusal Araç-gereç Bilimi Enstitüsü’nden Kenji Watanabe ve Takashi Taniguchi. Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı tarafınca finanse edildi; ABD Enerji Bakanlığı; UW Temiz Enerji Enstitüsü; Ulusal İstihbarat Dairesi Başkanlığı; Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı; Japonya Bilimi Teşvik Derneği; Japon Eğitim, Kültür, Spor, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı; ve MJ Murdock Yardım Vakfı.
Source: www.sciencedaily.com