Kobalt, oda sıcaklığında ayakta kalan kuantum durumlarını saklıyordu

Kobalt, Dünya’nın en titizlikle incelenmiş mıknatıslarından biri; ders kitaplarını dolduran ve pillerden uçak motorlarına kadar her yerde karşımıza çıkan türden bir element. Helmholtz-Zentrum Berlin’deki fizikçiler artık onun yoğun bir egzotik elektronik durumlar ağını sakladığını ve bu ağın oda sıcaklığında bir arada durduğunu buldu.

Durumların adı manyetik düğüm çizgileri. Bunlar, spininin yönüne göre ayrılmış iki elektron akımının çarpışmadan kesiştiği ve tek tek noktalarda buluşmak yerine kristal boyunca sürekli yollar çizdiği yerlerdir. Böyle özellikler topolojiye aittir; fiziğin, bir malzemenin yapısına öyle derin işlenmiş özellikleri tanımlayan dalına ki sıradan bozulmalar onları silemez. Kobaltta ekip bu kesişmeleri nadir bir köşeye sıkışmış değil, metalin tamamına dokunmuş hâlde buldu.

Çarpıcı olan yalnızca durumların var olması değil, sıradan bir odanın sıcaklığına dayanmaları. Fizikçilerin peşine düştüğü kuantum davranışının çoğu ancak mutlak sıfıra yakınken, ısının çekilip kırılgan etkilerin nihayet görülebildiği yerde ortaya çıkar. Kobaltın düğüm çizgileri yüzlerce derece daha yukarıda sürer; bu da bir laboratuvar merakı ile gerçek bir aygıtın kullanabileceği bir şey arasındaki fark demektir.

Onları görebilmek için araştırmacılar, açı ve spin çözünürlüklü fotoemisyon spektroskopisi kullandı; ışıkla bir malzemeden elektron koparan ve hem enerjilerini hem de spin yönlerini kaydeden bir teknik. Bunu, ölçümün gerektirdiği yoğun ve ince ayarlı ışığı üreten Berlin’deki bir senkrotron olan BESSY II’de gerçekleştirdiler. Eklenen çözünürlük, kobaltın elektronik yapısını önceki çalışmalardan çok daha ayrıntılı haritalamalarını sağladı; on yıllardır fark edilmeyen bir ağ böylece nihayet görünür oldu.

“Pratik uygulamalar için aranan tam da bu aç-kapa işlevidir”, diyor uluslararası ekibe önderlik eden Jaime Sánchez-Barriga. Durumlar kobaltın manyetizmasına bağlı olduğundan, bir manyetik alanın yönünü ters çevirmek onları yönlendirmeye yarıyor; mühendislerin spintronik için istediği bir kol. Spintronik, bilgiyi yükte değil elektronun spininde kodlayan ve daha hızlı, daha serin çipler vaat eden bir elektronik.

Çalışma, bir malzemenin özelliklerinin ölçümü; çalışan bir aygıt değil ve bu mesafe geniş. Bir kristalde topolojik durumları senkrotron ışını altında haritalamak, onları büyük ölçekte kullanan bir çip yapmaktan çok uzak; başka grupların sonucu yeniden üretmesi ve etkinin özenle hazırlanmış örneklerin dışında da geçerli olup olmadığını sınaması gerekecek. Yazarlar kobaltı bitmiş bir teknoloji değil, keşfedilecek ayarlanabilir bir platform olarak tanımlıyor.

Yine de cazibenin bir kısmı tam da kobaltın bu kadar sıradan olmasında. Zaten çıkarılan, rafine edilen ve endüstriyel ölçekte üretilen bir malzemeyi benimsemek, kuantum araştırmalarına egemen olan nadir ya da hassas bileşiklerden çok daha kolay olurdu.

Sonuçlar Communications Materials dergisinde yayımlandı. Ekip, manyetik alan döndürüldüğünde düğüm çizgilerinin nasıl tepki verdiğini haritalamayı planlıyor; bu, kobaltın gizli mimarisinin işe koşulup koşulamayacağını öğrenmeye doğru atılacak bir sonraki adım.

Etiketler: physics