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

2019 yılı TÜBİTAK Efficiency Challenge Elektrikli Araç Yarışları başvuruları başladı. Başvurular 7 Mart’a kadar devam edecek. Yarışlar 16-22 Eylül 2019 tarihleri arasında İstanbul Atatürk Havalimanı’nda gerçekleştirilecek.

Fizik

Basit makineler, çok az parçadan oluşan ve genellikle tek bir kuvvetin kullanıldığı araçlardır.

Fizik

Kitap ödüllü Bilim Genç Fotoğraflar köşesinde şubat ayının konusu “Hareket”. Fotoğraflarınızı Bilim Genç’te paylaşırken açıklama bölümüne #Hareket etiketini eklemeyi unutmayın!

Fizik

Elektrik ve elektronik mühendisliğinde biyomalzeme tabanlı fotonik aygıtlar konusundaki uluslararası düzeyde üstün nitelikli çalışmalarıyla 2018 yılı TÜBİTAK Teşvik Ödülü’ne layık görülen Dr. Sedat Nizamoğlu ile Bilim Genç ekibi olarak bir söyleşi gerçekleştirdik.

Fizik

Uluslararası Birim Sistemi’nde (SI) değişiklikler yapılmasına karar verildi. 20 Mayıs’tan itibaren geçerli olacak yeni birimlerde fiziksel nesnelere yapılan hiçbir referans kalmadı. SI’nın temelini oluşturan yedi temel birim, yedi sabit üzerinden tanımlanacak.

Fizik

Ambalaj lastiğini serbest bıraktıktan sonra bazen lastik parmağımıza çarpar ve canımızı acıtır. Peki, lastik eski haline dönerken çok hızlı bir şekilde hareket etmesine rağmen neden bazen parmağımıza çarparken bazen çarpmaz?

Fizik

Prof. Dr. Zafer Durusoy ile kurucusu olduğu Hacettepe Teknopark’taki Nanovak firmasında ürettikleri vakum odaları ve vakum odalarının kullanım alanlarıyla ilgili bir söyleşi gerçekleştirdik.

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.