Hassas Kuantum Teknolojileri İçin Koruyucu Zırh Üretiliyor

Bilim insanlarının oluşturduğu bir ekip, oldukça hassas olan kuantum sistemleri için bir zırh icat ettiler. Bu zırhlar, kuantum sistemlerinin düşük enerjiyle çalışan elektronik cihazlarda temel olarak kullanılmasını sağlıyor. Ve kuantum sistemlerini yeterince dayanıklı hale getiriyor.

Bilim insanları, bu zırhları oluştururken sıvı galyum metalinin damlacıklarını oksitlediler. Ve korunacak malzemeler üzerine bu damlacıkları bastırıp malzemeleri galyum oksitle kapladılar. Matthias Wurdack, geleneksel katmanlama teknolojisiyle zarar gören ince malzemeleri korumanın çok önemli olduğunu söyledi.

Wurdack, bu koruyucu kaplamanın atomik yönden ince malzemeler için tıpkı bir vücut zırhı gibi çalıştığını belirtti. Optoelektronik özelliklerini ve işlevselliğini tam olarak korurken malzemeye büyük ölçüde zarar veren yüksek enerjili parçacıklara karşı koruma sağladığını da ekledi.

Prof. Elena Ostrovskaya: bu yeni tekniğin ultra ince elektronik cihazlara dayalıdır. Ve bir endüstrinin gelişmesine ön ayak olacaktır. Bana göre iki boyutlu malzemelerin bazı olağanüstü özellikleri var. Bu malzemeler oldukça düşük dirence sahipler ve ışıkla etkileşimleri de oldukça etkili.

Bu özellikleri dolayısıyla iklim değişikliğine karşı savaşta büyük bir rol üstlenebilirler.

2020 yılında dünya üzerindeki elektrik tüketiminin %8’i bilgi teknolojileri kaynaklıydı. Bilgisayarların, akıllı telefonların, Google ve Amazon gibi büyük veri merkezlerinin bundaki payı epeyce fazladır. Yapay zekâ hizmetlerine ve akıllı cihazlara olan talebin aniden artmasıyla bu rakamın her on yılda bir iki katına çıkacağı tahmin ediliyor.

Ama bu çalışma, diğer cihazlara alternatif olarak düşük enerjiyle çalışan elektronik ve optoelektronik cihazlar üretilebileceğini vaat ediyor. Tungsten disülfit gibi iki boyutlu, yarı iletken malzemelerin üstün performanslarından yararlanılarak yapılıyor.

Wurdack’a göre; iki boyutlu malzemeler kullanarak daha etkili cihazlar yapmanın karbon emisyonunu azaltmanın da ötesinde avantajları olacak. İki boyut teknolojisi ayrıca uzay gemileri ya da batarya ömrüyle daha az sınırlı olan Nesnelerin İnterneti cihazlarının işlemcileri için süper etkili sensörler yapımına olanak sağlar.

Ekip, bir sıvı galyum damlacığını havaya maruz bıraktı.

Bu damlacığın yüzeyinde sadece üç nanometre kalınlığında, tamamıyla eşit bir galyum oksit tabakası oluştu. Ekip bu tabakayı kullanarak koruyucu katmanlarını oluşturdu. İki boyutlu malzeme üzerine damlatılan damlacığa cam bir sürgüyle bastırılarak yüzeyde oluşan galyum oksit tabakası; sıvı galyumdan, malzemenin santimetrik ölçülerine kadar tüm yüzeyine aktarılabilmektedir.

 

Bu ultra ince galyum oksit tabakası yalıtkan bir amorf (Kararlı bir kristal yapıya sahip olmayan katı maddeler.) camı olduğu için altındaki iki boyutlu yarı iletken malzemenin optoelektronik özelliklerini korur. Oluşan cam tabaka ayrıca malzemenin bu özelliklerini çok düşük sıcaklıklarda (Kriyojenik) da artabilir. Ve malzemeyi üzerinde biriken diğer maddelere karşı çok iyi korur. Bu yöntemle korunan malzemelerden; ışık yayan diyotlar, lazerler ve transistörler gibi optik cihazların üretilmesi sağlanırr.

Wurdack “Mevcut teknolojiye, endüstri uygulamalarında ölçeklenecek güzel bir alternatif sağladık.” dedi. Bu teknolojiyi kullanarak koruyucu tabaka oluşturabilecek bir yazıcı geliştirmek için endüstri ortakları bulmayı umuyoruz,dedi. Geliştirmek istedikleri yazıcının herhangi bir laboratuvara tıpkı bir litografi cihazı gibi gidebileceğini belirtti.

“Bunun gibi araştırmaların endüstriyel sektörlere girdiğini görmek heyecan verici olurdu.” dedi.  Araştırmanın orijinal makalesi “Ultra ince Ga2O3 camı: Büyük ölçekli pasivasyon ve tek katmanlı WS2 için koruyucu malzeme” ismiyle Aralık 2020’de Advanced Materials‘da yayınlandı.