Skip to content Skip to navigation

Kontrol Edilebilen Topolojik Yalıtkan

Dr. Mahir E. Ocak
24/12/2018 - 15:25

Avusturalya’daki Monash Üniversitesi’nde çalışan bir grup araştırmacı, bir topolojik yalıtkanın iletken ve yalıtkan halleri arasındaki geçişlerini elektrik alan yardımıyla kontrol etmeyi başardı. Dr. James L. Collins ve arkadaşlarının yaptığı araştırmanın sonuçları Nature’da yayımlandı.

Topolojik yalıtkanlar gövdeleri yalıtkan, kenarları iletken olan malzemelerdir. Yıllardır üzerine araştırmalar yapılan bu malzemelerin özellikle elektronik endüstrisinde çok büyük potansiyele sahip olduğu düşünülüyor.

Günümüzde elektronik endüstrisinde kullanılan transistörler aktif hale geçtiğinde (akımı iletirken) bir miktar enerji ısıya dönüşür. Bir transistörden yayılan enerji her ne kadar çok az olsa da her saniye trilyonlarca transistörden çevreye yayılan ısı enerjisi çok büyüktür. Günümüzde tüm dünya genelinde kullanılan elektrik enerjisinin %8’i bilgisayarlarda atık enerji olarak çevreye yayılıyor. Üstelik bilgi ve iletişim teknolojilerinde kullanılan enerji her on yılda bir iki katına çıkıyor.

Topolojik yalıtkanların elektronik endüstrisi açısından en önemli avantajı, neredeyse hiç enerji kaybı olmadan elektriği iletebilmeleri. Sıradan iletkenlerle taşınan elektrik enerjisinin bir kısmının ısı olarak kaybolmasının nedeni, iletken boyunca ilerleyen elektronların malzemeyi oluşturan parçacıklarla etkileşerek saçılmaları (yön değiştirmeleri) ve bu sırada enerjilerinin bir kısmını malzemeye aktarmalarıdır. Topolojik yalıtkanlardaysa akım sadece malzemenin kenarları boyunca ilerler ve hareket sadece tek bir yönde mümkündür. Dolayısıyla topolojik yalıtkanlarda elektrik enerjisini taşıyan elektronlar saçılarak enerjilerinin bir kısmını malzemeye aktaramaz.

Bir topolojik yalıtkanın elektronik endüstrisinde kullanılabilmesi için sağlaması gereken üç koşul var:

  • Oda sıcaklığında topolojik yalıtkan özelliği göstermesi (malzemenin aşırı düşük sıcaklıklara soğutulmasının gerekmemesi),
  • İletken ve yalıtkan halleri arasında geçiş yapabilmesi,
  • Elektrik alan uygulanarak malzemenin iletken ve yalıtkan halleri arasında geçişlerinin hızlı bir biçimde kontrol edilebilmesi.

Geçmişte iletken ve yalıtkan haller arasında geçiş yapabilecek topolojik yalıtkanlarla ilgili çeşitli fikirler ortaya atılmış, ancak hiçbiri gerçeğe dönüştürülememişti. Monash Üniversitesi araştırmacılarının çalışması bu bakımdan bir ilk niteliği taşıyor. Araştırmacılar aşırı düşük sıcaklılarda yaptıkları deneyler sırasında bir topolojik yalıtkanın iletken ve yalıtkan haller arasındaki geçişlerini elektrik alan uygulayarak hızlı bir biçimde kontrol etmeyi başarmışlar. Ayrıca yaptıkları ölçümlere göre malzemenin aynı davranışı oda sıcaklığında da gösterebileceğini söylüyorlar. Gelecekte bu tür topolojik malzemelerle üretilecek transistörler elektronik cihazlarda kendisine yer bulmaya başlayabilir.

İlgili İçerikler

Fizik

James Watt’ın buhar motorunu keşfetmesi Sanayi Devrimi’nin başlangıcı olarak kabul edilir. James Watt, buhar motorunu madenlerde ortaya çıkan suyun dışarı pompalanması için etkili bir yöntem ararken geliştirdi. İlk yazımızda Arşimet, 12. yüzyılda yaşayan el-Cezeri ve 16. yüzyılda yaşayan Takiyüddin’in suyun yukarı taşınması için geliştirdikleri düzenekleri anlatmıştık.

Fizik

Uluslararası bir araştırma grubu, araçların arka kısımlarına hava püskürten cihazlar yerleştirerek hava sürtünmesini azaltmayı başardı. Dr. Ruiying Li ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmanın sonuçları Physical Review Fluids’te yayımlandı.

Fizik

Bu etkinliğimizde maliyeti uygun malzemelerden güneş enerjisi ile çalışan bir yel değirmeni düzeneği tasarlayarak enerji dönüşümünü gözlemleyeceğiz.

Fizik

Zürih Federal Teknoloji Enstitüsü ve Zürih Üniversitesinde çalışan bir grup araştırmacı, aşırı derecede düşük sıcaklıklara soğutulduğunda bile suyun donmasını engelleyen bir yöntem geliştirdi. 

Fizik

Nano ölçekteki malzemelerin özelliklerinin anlaşılması için gerçekleştirdiği uluslararası düzeyde üstün nitelikli çalışmalarıyla 2018 yılı TÜBİTAK Teşvik Ödülü’ne layık görülen Doç. Dr. Hasan Şahin ile bir söyleşi gerçekleştirdik.

Fizik

Gözümüz karanlık veya aydınlık ortamlarda, nesnelerin çok uzakta ya da çok yakında olduğu durumlarda net görüntüler oluşturabiliyor. Etkileyici fotoğraflar çekebilmek içinse fotoğraf makinesinde doğru ayarların yapılması gerekiyor. Gelin, görüntü oluşturma özelliğine sahip olan insan gözü ile fotoğraf makinesini karşılaştıralım.

Fizik

İletken, yüksüz iki levhanın birbirine paralel biçimde boşlukta konumlandırıldığını düşünelim. Klasik elektromanyetik kuram levhalara net bir elektriksel kuvvet etki etmeyeceğini söyler. Ancak gerçekte durum çok daha farklıdır. 

Fizik

Günümüzde sıcaklığı ölçmek hayli kolay. Peki, geçmişte insanlar sıcaklığı nasıl tanımlamıştı ve sıcaklığı nasıl ölçmüşlerdi? Gelin, termometrenin tarihî yolculuğuna birlikte göz atalım.

Fizik

Deneyler köşesinin yeni etkinliğinde, nişasta ve su kullanarak hazırladığımız oobleck ile üzerine kuvvet uygulandığında akışkanlığı değişen yani bazen sıvı bazen de katı gibi davranan maddelerin özelliklerini inceliyoruz.

Fizik

Bir önceki yazımızda kuantum bilgisayarlardan bahsetmiştik. Bu yazımızda ise kuatum bilgisayarlarda bilginin kodlandığı ve işlendiği temel birimler olan kübitlere değineceğiz.