Astrofizik ve sanayi için kritik keşif: Yarı iletken üretiminde ‘fraktal toz’

Laboratuvar ortamında derin uzayın dondurucu ve elektrik yüklü koşulları yeniden oluşturularak plazma fiziğinde şaşırtıcı bir davranış keşfedildi. Yerçekimi yokmuşçasına hareket eden ‘kar tanesi benzeri’ fraktal yapıların, hem galaktik oluşumları anlamada hem de yarı iletken çip üretimindeki verimliliği artırmada kilit rol oynayacağı öngörülüyor.

Bilim dünyası, maddenin dördüncü hali olan plazmanın, aşırı soğuk ve tozlu ortamlardaki davranışlarını yeniden tanımlıyor. Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden (Caltech)  fizikçi Dr. Paul Bellan ve yüksek lisans öğrencisi André Nicolov liderliğindeki ekip, yeni doğmuş yıldızların çevresinde, gezegen halkalarında ve moleküler bulutlarda bulunan kaotik ortamı laboratuvara taşıdı. Kriyojenik plazma odalarında yapılan deneyler, buzlu toz taneciklerinin beklenmedik bir şekilde ‘yerçekimine meydan okuduğunu’ ortaya koydu.YÜKSEK YÜK-KÜTLE ORANIAraştırmacılar, ultra soğuk elektrotlar arasında oluşturulan plazmaya su buharı ekleyerek buz tanelerinin oluşumunu mikroskopla izledi. Hızlı hareket eden elektronların birikmesiyle negatif yük kazanan bu tanecikler, katı parçacıkların aksine dibe çökmedi. Bunun yerine, narin ve ‘kabarık’ fraktal yapılar oluşturarak plazma içinde yüzmeye, dönmeye ve girdaplar oluşturmaya başladı.Dr. Bellan, bu durumu şu sözlerle açıkladı: "Taneciklerin o kadar kabarık bir yapısı var ki, yük-kütle oranları çok yüksek. Bu nedenle üzerlerindeki elektriksel kuvvetler, yerçekimi kuvvetlerinden çok daha baskın hale geliyor."GALAKTİK RÜZGARLARIN KAYNAĞI OLABİLİRDeneylerde, buz taneleri büyüse bile bu kaotik ve ‘yüzen’ davranışın devam ettiği gözlemlendi. Taneciklerin tamamı negatif yüklü olduğu için birbirlerini iterek çarpışmadan dağıldılar.Araştırmacılara göre bu bulgu, Satürn'ün halkaları veya protoplaneter diskler gibi astrofiziksel ortamları anlamak için yeni bir pencere açıyor. Geniş yüzey alanlarına sahip bu tanecikler, elektrik alanlarından aldıkları momentumu çevrelerindeki nötr gaza aktararak, galaksiler boyunca madde taşıyan ‘kozmik rüzgarların’ oluşumundan sorumlu olabilir.ÇİP ÜRETİMİNDE VERİMLİLİK ARTACAKKeşfin en somut ticari yansıması ise yarı iletken endüstrisinde bekleniyor. Çip üretimi sırasında endüstriyel plazma sistemlerinde oluşan mikroskobik tozlar, hassas devrelere yerleşerek üretimi bozabiliyor.