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

Bilim Genç Fotoğraflar köşesinde aralık ayında doğayı, insanları, hayvanları ya da fotoğrafınızın odağındaki diğer nesneleri siyah-beyaz ifade etmenizi istemiştik. Bu süreçte #SiyahBeyaz etiketiyle Bilim Genç’te paylaştığınız fotoğraflar Bilim Genç ekibi tarafından değerlendirildi.

Fizik

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nin (CERN) lisans ve yüksek lisans öğrencilerine yönelik düzenlediği CERN yaz öğrenci programı (CERN openlab) başvuruları 31 Ocak’a kadar devam ediyor.

Fizik

"Evren genişliyor" dediğimizde aklımıza evrenin en uç noktasının hiçliğe doğru gittiği gibi bir düşünce gelebilir. Oysa evrenin genişlemesini bir balonun şişmesine benzetmek daha doğru olabilir.

Fizik

Bu etkinliğimizde maliyeti uygun atık malzemeler kullanarak dişli çarklarda kuvvetin nasıl aktarıldığını gösteren bir düzenek tasarlayacağız.

Fizik

ABD’deki Ulusal Standartlar ve Teknolojiler Enstitüsü’nde (NIST) çalışan Andrew Ludlow ve arkadaşları bugüne kadar geliştirilmiş en hassas atom saatini üretti. Yeni saat o kadar hassas ki on dört milyar yılda sadece bir saniye sapıyor. Konu ile ilgili bir makale Dr. W. F. McGrew ve arkadaşları tarafından Nature’da yayımlandı.

Fizik

Elektrik telleriyle taşınan yüksek akım hem insanlar hem de hayvanlar için hayli tehlikelidir. Peki, elektrik tellerine konan kuşlar bu durumdan neden zarar görmez? 

Fizik

CERN araştırmacılarının geliştirdiği mıknatıs teknolojisi, kanser tedavisinde kullanılan hadron terapi yönteminin uygulanmasında karşılaşılan sorunların çözümüne katkılar sağlayabilir.

Fizik

Bu etkinliğimizde maliyeti uygun atık malzemeler kullanarak sıvıların basıncı nasıl ilettiğini gösteren bir düzenek tasarlayacağız.

Fizik

Tasarla ve Yap köşesinin bu etkinliğinde maliyeti uygun atık malzemeler kullanarak esneklik potansiyel enerjisi ve kinetik enerjinin (hareket enerjisinin) birbirine dönüştüğü farklı bir düzenek tasarlayacağız.

Fizik

Boğaziçi Üniversitesi Elektroteknoloji Kulübü ve IEEE Öğrenci Kolu’nun düzenlediği Boğaziçi Enerji Zirvesi, 4 Kasım’da Albert Long Hall Kültür Merkezi’nde düzenlenecek.