A. İmamoğlu ve P. Back/ETH - Kuantum aynasından yansıyan bir ışın demeti örneği

Harvard Üniversitesi’ndeki (ABD) ve Kuantum Elektronik Enstitüsü’ndeki (Zürih, İsviçre) iki ayrı araştırma ekibi, eş zamanlı olarak dünyadaki en ince aynayı inşa etti. Sadece bir atom genişliğindeki aynalar, MoSe₂ (molibdenum diselenid – molibdenum ve selenyum elementlerinin oluşturduğu organik olmayan bir bileşik) moleküllerini içeren bir katmandan oluşuyor. Araştırma sonuçları ile ilgili detaylı makaleler, Physical Review Letters’ta yayımlandı. Zürih’teki araştırma ekibinin üyelerinden Sina Zeytinoğlu ve Ataç İmamoğlu, bu mühendislik başarısıyla sınırların zorlandığını söylüyor.

Silisyum bir taban üzerine inşa edilen Harvard’daki ayna, üzerine gelen ışığın %85’ini, silika (silisyum oksit) üzerine inşa edilen Zürih’teki ayna ise ışığın %45’ini yansıtabiliyor. Araştırmacılar, bu yeni teknolojinin bilgi taşımak için lazer ışınları kullanılan özel sensörler ve bilgisayar çiplerinde önemli rol oynayabileceğini dile getiriyor.

MoSe₂’nin bir ayna görevi görebilmesini sağlayan şey, elektronların buna imkân verebilecek çok özel durumlarda bulunabilmesi. Bir atom üzerine gönderilen uygun dalga boyundaki foton bu atomdaki bir elektronu mevcut enerji seviyesinden daha yüksek enerjili bir seviyeye taşıyabilir. Bu durumda düşük enerjili seviyede bir “elektron boşluğu” oluşur. MoSe₂ molekülünü çevreleyen elektronlar da benzer şekilde belirli dalga boylarındaki fotonlar ile uyarılabilir ve elektron boşlukları oluşturulabilir.

Elektronlar negatif yüklü, çekirdekte bulunan protonlar ise pozitif yüklü parçacıklardır. Elektron boşlukları, atom çekirdeklerindeki protonlardan bir miktar pozitif yük “kazanır” ve sanki gerçek bir parçacıkmış gibi davranırlar. Çevredeki negatif yüklü elektronlar bu sahte parçacıkları çekme eğilimindedir. Bir elektrondan ve bir elektron boşluğundan oluşan çiftlere eksitonlar denir. Eksitonlar günlük hayatta kullandığımız aynalar gibi, üzerlerine gelen ışığı geri yansıtır.

Araştırmacılara göre üretilen malzeme, küçük bir aynadan çok daha fazlası. Maddeye uygulanan elektrik yüküne bağlı olarak, MoSe₂'nin yansıtma oranı artırılıp azaltılabiliyor. Üstelik bu süreç o kadar hızlı gerçekleşiyor ki geliştirilen aynalar yüksek hızlı bilgi işlem uygulamalarında da yararlı olabilir.