Kuantum teknolojisi ümit verici fakat bununla beraber kafa karıştırıcı. Önümüzdeki on yıllarda, bizlere çeşitli teknolojik atılımlar sağlaması planlanıyor: daha minik ve daha kırılgan sensörler, oldukça güvenli kontakt ağları ve yeni ilaçlar ve materyaller geliştirmeye, finansal piyasaları denetim etmeye ve hava durumunu olduğundan oldukca daha süratli tahmin etmeye destek olabilecek kuvvetli bilgisayarlar. mevcut data işlem teknolojisi asla olabilir.
Bunu başarmak için, sözde kuantum malzemelere ihtiyacımız var: belirgin kuantum fizyolojik etkisinde bırakır sergileyen maddeler. Bu şekilde bir araç-gereç grafendir. Bu iki boyutlu yapısal karbon formu, muhteşem yüksek gerilme mukavemeti, termal ve elektriksel iletkenlik şeklinde alışılmadık fizyolojik özelliklere ve ek olarak belirli kuantum etkilerine haizdir. Halihazırda iki boyutlu olan malzemeyi, mesela şerit benzeri bir biçim vererek daha da kısıtlamak, bir takım denetim edilebilir kuantum etkisine neden olur.
Bu tam olarak Mickael Perrin’in ekibinin çalışmalarında kullandığı şeydir: Birkaç senedir, Empa’nın Michel Calame liderliğindeki Transport at Nanoscale Interfaces laboratuvarındaki bilim adamları, Perrin’in liderliğinde grafen nanoribbonlar üstünde araştırma yürütüyorlar. Perrin, “Grafen nanoribbonlar, grafenin kendisinden bile daha büyüleyici” diye açıklıyor. “Uzunluklarını ve genişliklerini ve kenarlarının şeklini değiştirerek ve onlara başka atomlar ilave ederek, onlara her türlü elektriksel, manyetik ve optik özellik verebilirsiniz.”
Nihai duyarlılık – tek atomlara kadar
Gelecek vaat eden şeritler üstünde araştırma yapmak kolay değil. Şerit ne kadar darsa, kuantum özellikleri o denli belirgindir – sadece aynı anda tek bir şeride erişmek de daha zor hale gelir. Bu kuantum malzemenin benzersiz özelliklerini ve ihtimaller içinde uygulamalarını idrak etmek ve bu tarz şeyleri toplu etkilerden ayırmak için yapılması ihtiyaç duyulan tam da budur.
Nature Electronics dergisinde kısa sürede gösterilen yeni bir çalışmada, Perrin ve Empa araştırmacısı Jian Zhang, internasyonal bir ekiple beraber ilk kez bireysel uzun ve atomik olarak kırılgan grafen nanoribbonlarla temas oluşturmayı başardı. Zhang, “Yalnızca dokuz karbon atomu genişliğindeki bir grafen nanoşeridin genişliği 1 nanometre kadar kısadır” diyor. Araştırmacılar, yalnızca tek bir nanoşeritin temas ettiğinden güvenilir olmak için benzer boyutta elektrotlar kullandılar: Çapı yalnızca 1 nanometre olan karbon nanotüpler kullandılar.
Kesinlik, bu şekilde kırılgan bir gözlem için anahtardır. Kaynak malzemelerle adım atar. Araştırmacılar, Roman Fasel başkanlığındaki Empa’nın nanoteknolojik yüzeyler laboratuvarı ile kuvvetli ve uzun süredir devam eden bir ortaklık yöntemiyle grafen nanoribbonları elde ettiler. Perrin, “Roman Fasel ve ekibi uzun süredir grafen nanoribbonlar üstünde çalışıyor ve bireysel öncü moleküllerden atomik hassasiyetle birçok değişik türü sentezleyebiliyor” diye açıklıyor. Öncü moleküller, Mainz’deki Max Planck Polimer Araştırma Enstitüsü’nden geldi.
Son olarak teknolojiyi ilerletmek için çoğu zaman lüzumlu olduğu şeklinde, disiplinlerarasılık anahtardır ve her biri kendi uzmanlığını masaya getiren değişik internasyonal araştırma grupları dahil edilmiştir: Karbon nanotüpler, Pekin Üniversitesi’ndeki bir araştırma grubu tarafınca büyütüldü ve yorumlamak için Çalışmanın sonuçlarına nazaran Empa araştırmacıları, Warwick Üniversitesi’ndeki hesaplamalı bilim insanlarıyla ortaklık yapmış oldu. Zhang, “Bu şekilde bir proje, ortaklık olmadan mümkün olmazdı” diye vurguluyor.
Nanotüplerin tek tek şeritlerle temasa geçmesi, araştırmacılar için mühim bir güçlük oluşturdu. Zhang, “Karbon nanotüpler ve grafen nanoribbonlar ayrı alt tabakalar üstünde büyütülüyor” diye açıklıyor. “İlk olarak, nanotüplerin aygıt alt katmanına aktarılması ve metal elektrotlarla temas ettirilmesi gerekiyor. Arkasından, onları iki elektrota ayırmak için yüksek çözünürlüğünde olan elektron ışını litografisi ile kestik.” Son olarak, şeritler aynı alt-tabaka üstüne aktarılır. Kesinlik anahtardır: Alt tabakaların en küçük dönüşü bile başarı göstermiş temas olasılığını mühim seviyede azaltabilir. Perrin, “Rüschlikon’daki IBM Research bünyesindeki Binnig ve Roher Nanoteknoloji Merkezinde yüksek kaliteli altyapıya erişime haiz olmak, bu teknolojiyi kontrol etmek ve uygulamak için oldukca önemliydi” diyor.
Bilgisayarlardan enerji dönüştürücülere
Bilim adamları deneylerinin başarısını yük taşıma ölçümleriyle doğruladılar. Perrin, “Kuantum tesirleri çoğu zaman düşük sıcaklıkta daha belirgin olduğundan, ölçümleri yüksek vakumda mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda gerçekleştirdik” diye açıklıyor. Sadece, bilhassa gelecek vaat eden bir başka grafen nanoribbon standardını eklemek için hızlıdır: “Bu nanoribbonların son aşama minik boyutlarından dolayı, kuantum etkilerinin, oda sıcaklığında bile gözlemlenebilecek kadar kuvvetli olmasını bekliyoruz.” Araştırmacı, bunun detaylı bir soğutma altyapısına gerek kalmadan kuantum etkilerini etken olarak kullanan çipler tasarlamamıza ve çalıştırmamıza izin verebileceğini söylüyor.
“Bu proje, yalnızca elektronların ve fononların nano ölçekte iyi mi davranılmış olduğu şeklinde temel kuantum etkilerini incelemek için değil, bununla beraber kuantum anahtarlama, kuantum idrak etme ve kuantum enerji dönüşümündeki uygulamalar için bu tür etkilerden yararlanmak için tek nanoribbon cihazlarının gerçekleştirilmesini sağlıyor.” Projede ortaklık icra eden Warwick Üniversitesi’nde profesör olan Hatef Sadeghi ekliyor.
Grafen nanoribbonlar hemen hemen ticari uygulamalar için hazır değil ve daha yapılacak oldukca araştırma var. Bir takip çalışmasında Zhang ve Perrin, tek bir nanoşerit üstünde değişik kuantum durumlarını manipüle etmeyi amaçlıyor. Buna ek olarak, seri bağlı iki şeride dayalı cihazlar oluşturmayı planlıyorlar ve sözde bir çift kuantum noktası oluşturuyorlar. Bu şekilde bir dönem, bir kuantum bilgisayardaki en minik data birimi olan bir kübit görevi görebilir. Ek olarak Perrin, kısa süre ilkin almış olduğu ERC Başlangıç Bursu ve SNSF Eccellenza Profesörlük Bursu bağlamında, nanoribbonların yüksek verimli enerji dönüştürücüler olarak kullanımını keşfetmeyi planlıyor. ETH Zürih’teki açılış konuşmasında, ısı olarak neredeyse asla enerji kaybetmeden, ısı farkından elektrik elde edebileceğimiz bir dünyanın resmini çiziyor — bu hakikaten de gerçek bir kuantum sıçraması olurdu.
Source: www.sciencedaily.com