MIT'de egzotik yeni malzemelerin yüzeyinde elektron hareketlerini (spin) gözleme ve kontrol etmenin yolu bulundu. Egzotik malzemelerden kasıt, yalnızca bir kaç yıl önce keşfedilen topolojik yalıtkanlar. Topolojik yalıtkanlar ilginç paradokslar sergiliyor. Cam ve kuartz gibi malzeme bildiğimiz yalıtkan özellikler taşırken yüzeyi son derece iletken.
Araştırma ekibi ışığın malzeme yüzeyindeki
elektronların hareketleri hakkında bilgi edinmek üzere kullanılabileceğini gösterdi; bunun ötesinde ışık kaynağının polarizasyonunu değiştirerek bu hareketleri kontrol etmenin yolunu buldu.
Herhangi bir katı malzemede elektronların içerideki hareketi, malzeme özellikleri konusunda belirleyici. Özellikle de bu elektronların enerji, momentum ve spin özelliklerinin birleşimi malzemenin metal mi ametal mi, tarnsparan mı opak mı olduğu gibi özellikleri belirliyor. Bu yeni buluş hakkında yazılan iki makalenin sahibi MIT'den Yrd. Doç Dr. Nuh Gedik, "Elektron hareketlerinin son derece önemli; ancak ölçümünün zor olduğunu" söylüyor.
Bu ölçümü yapmanın geleneksel yolu bir parça katı malzeme üzerine ışık verilmesiydi. Yeni yöntemle elektronun enerji, momentum ve spin verilerini almak mümkün. Kullandıkları dairesel polarize edilmiş laser ışığı, kısa ve yoğun aralıklarla (pulse) veriliyor ve hedefe varış süresini kesin olarak ölçmek mümkün. Bu yeni teknikle, araştırma ekibi farklı yönlerde ve farklı momentumlarla hareket eden elektronların spin ve hareketini ilişkilendirebilmiş. Çalışma ile ilgili makale Gedik ve ekibi tarafından Journal of Physical Review- Kasım 2011 sayısında yayınlanmış.
"Spintronik" ile elektron hareketlerinin karakteristikleri kullanılarak, şimdiki elektronik cihazların yaptığı gibi elektronların elektrik yükleri kullanılarak geliştirilen cihazlardan farklı yeni cihazlar geliştirmek mümkün olabilir. Manyetik veri saklama gibi var olan teknolojilerde de hızlanmaya yardımcı olabilir.
Elektron hareketinin ölçümü için geliştirilen bu yöntem, yalnızca topolojik malzemelerde değil, magnetler ve süper iletkenler üzerinde de analiz yapılabilir.
Metal iletkenlerde impürite iletkenliği olumsuz yönde etkilerken topolojik malzemelerde pek etkisi olmuyor. Bu sayede topolojik yalıtkanlar bazı elektronik uygulamalar için önemli malzemeler haline gelebilir. Kullanım alanları hakkında bir fikir yürütmek henüz çok mümkün olmasa da en basitinden aşırı ısınma sebebiyle metallerin kullanılamadığı ortamlarda elektrik akımı iletilmesinde kullanılabilirler.
Journal Nature Nanotechnology'de bugün yayınlanan ikinci makalelerinde Gedik ve ekibi, aynı teknikle bu malzemelerin yüzeyindeki elektron akımının kontrol edilebileceğini iddia
ettiler. Elektronların titreşimlerinin hareket düzlemine neredeyse dik olduğu düşünülürse, bu mümkün olabilir; ancak yalnızca ancak verilen bir dairesel polarize ışık sayesinde yalnızca bir yönde hareket eden elektronların kontrolü mümkün. Dolayısıyla bir ışıkla bir yönde hareket eden elektronlar kenara itilerek, diğer yönde bir elektrik akımı yaratılabilir.
Gedik, herhangi bir elektronik müdahaleye gerek kalmadan lazer ışığıyla akımın kontrol edilmesinin pek çok uygulamaya imkan yaratabileceğini ifade etmiş. Bilgisayarlarda kullanılan elektromanyetik kayıt bu uygulamalardan biri. Bit'lerin ışıkla kontrol edilmesi şimdiki teknolojiye göre hızlanmaya imkan sağlayabilir. Kuantum bilgisayarlarının yolu açılır. Ayrıca elektrik yükleri yerine spintronik devrelerle elektron spinlerinin bilgi taşıma uygulamalarında kullanılması da mümkün olabilir.
http://web.mit.edu/newsoffice/2011/spintronics-materials-1205.html