Nano ölçekli manyetizmada devrim yapacak yeni keşif

Malzemeler tek bir atom kalınlığına kadar inceltildiğinde ortaya çıkan sıra dışı fiziksel özellikler, geleceğin elektronik cihazlarını temelden değiştirebilir. ABD’li araştırmacılar, ultra ince bir malzemede gözlemledikleri yeni manyetik fazlarla, 50 yıllık iki boyutlu manyetizma teorisini ilk kez ispatladı.

Modern teknolojinin daha küçük, daha hızlı ve daha az enerji tüketen cihazlar üretme hedefine yönelik en kritik eşiklerden biri aşıldı. Nature Materials dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, ultra kompakt teknolojilerin donanım altyapısında devrim yaratabilecek tarihi bir laboratuvar başarısını ortaya koydu. Austin'deki Teksas Üniversitesi'nden (UT) fizikçiler, belirli malzemeler mutlak sıfıra doğru soğutulduğunda meydana gelen iki önemli manyetik geçişi ilk kez bir arada gözlemlemeyi başardı.BKT FAZI VE NANO ÖLÇEKLİ GİRDAPLARDeneyin merkezinde, tek katmanlı nikel fosfor trisülfür (NiPS3) adlı ultra ince bir malzeme yer alıyor. Araştırmacılar bu materyali -150 ile -130 °C arasındaki zorlu sıcaklıklara soğuttuğunda, malzeme bilim dünyasında ‘Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) fazı’ olarak bilinen olağanüstü bir manyetik duruma geçti.İsim babaları olan bilim insanlarına 2016 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazandıran bu evrede, tek tek atomlarla ilişkili küçük manyetik momentler, zıt yönlerde (saat yönü ve tersi) dönen ‘girdaplar’ halinde organize oluyor. Bu eşleşmiş girdap yapıları, birbirlerinden ayrılmak yerine bir arada kalarak eşsiz bir kararlılık sergiliyor.Araştırma lideri ve UT Fizik Yardımcı Doçenti Edoardo Baldini, elde edilen bu kararlılığın sanayi için önemini şu sözlerle vurguluyor: "BKT fazı son derece ilgi çekici; çünkü bu girdaplar oldukça sağlam yapıdalar. Sadece birkaç nanometreyle sınırlı kalırken, kalınlık olarak yalnızca tek bir atomik katmanı kaplıyorlar. Bu son derece küçük boyutlar ve kararlılık, nano ölçekte manyetizmayı kontrol etmenin yepyeni bir yolunu sunuyor."ALTI DURUMLU SAAT MODELİ DOĞRULANDIAraştırma ekibi malzemeyi daha da soğuttuğunda, donanım mimarisinde ‘altı durumlu saat düzenli fazı’ olarak bilinen farklı ve daha katı bir manyetik düzene geçiş yaşandığını tespit etti. Bu aşamada manyetik momentler, altı farklı simetri yönünden birine yerleşerek sabitlendi. Hem BKT fazının hem de bu alt seviye soğuk fazın art arda gözlemlenmesi, 1970'lerde bilim insanları tarafından sadece kağıt üzerinde formüle edilen etkili teorik çerçevenin gerçek hayattaki ilk tam ispatı oldu.ODA SICAKLIĞINDA ÇALIŞAN NANO CİHAZLARBaldini ve ekibinin şimdiki en büyük vizyonu, bu eşsiz manyetik fazların mutlak sıfıra yakın derecelerde değil, doğrudan ‘oda sıcaklığında’ kararlı kalabilmesini sağlamak. Bu hedefin başarılması, iki boyutlu manyetik malzemeleri laboratuvar ortamından çıkarıp; cep telefonlarından süper bilgisayarlara, giyilebilir teknolojilerden kuantum sensörlere kadar gerçek dünya uygulamaları için pratik ve ticari bir standarda dönüştürecek.Uzmanlar, nikel fosfor trisülfürün bu alanda tek olmadığını; henüz keşfedilmemiş yüzlerce farklı iki boyutlu manyetik malzemenin, geleceğin hassas nano cihaz tasarımı için küresel Ar-Ge ekosistemine milyarlarca dolarlık yeni fırsatlar sunabileceğini belirtiyor.