Elektronik Kristallerde Yeni Bir Geçiş Türü Gözlemlendi

Temel bilimin bize öğrettiği gibi, sıcaklıktaki değişiklikler malzemelerde faz geçişlerine neden olabilir. Suyun dondurucu soğukta buz olarak katılaşması buna örnek olarak verilebilir.

Ancak bazı durumlarda malzemenin soğuması veya ısınmasına bağlı olarak değişimi tetikleyen sıcaklık farklıdır. Bu, histerezis döngüsü olarak bilinir ve araştırmacılar, bu fenomenin tuhaf ve tamamen yeni bir örneğini keşfettiklerini düşünüyorlar.

EuTe4 adı verilen katmanlı bir bileşik kristal katı madde ve parlak lazer ışığı oluşturmak üzere yerleştirilmiş hızlı hareket eden yüklü parçacıkları yaşamda göreceğiniz tarzda faz geçişleri değiller.

Böyle bir laboratuvar düzeneği sayesinde bilim insanları, EuTe4 için histerezis döngüsünün en az 400 kelvinlik dev bir sıcaklık aralığını kapsadığını fark ettiler. Bu değer, bunun gibi bir katı kristal için olağan aralıktan çok daha fazla.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) fizikçi Baiqing Lyu, "Bu bulgu hemen dikkatimizi çekti. EuTe4'ün birleşik deneysel ve teorik karakterizasyonu, kristallerde meydana gelebilecek histeretik geçişlerin türü hakkındaki geleneksel bilgiye meydan okuyor" diyor.

Ölçülen sıcaklık aralığı boyunca malzemedeki elektronik veya kafes yapısında herhangi bir değişiklik olmadı, bu da yine kristallerdeki faz geçişlerinin alışıldık çalışma şeklinden son derece farklı.

Net konuşmak için henüz erken olmasına rağmen, neler olabileceği hakkında ekibin birkaç fikri var: EuTe4'te elektronların özel bir şekilde düzenlenmesi, ikincil bir elektronik kristalin oluşmasına neden oluyor ve bu ikinci katman hareket edip yer değiştirirken, histerezis döngüsünde farklı konfigürasyonlar oluşturuyor olabilir.

Daha ileri deneyler, araştırmacıların kristalleri soğutarak veya ısıtarak malzemenin elektrik direncini önemli ölçüde değiştirebildiklerini gösterdi ve bu da garip ve beklenmedik bir başka şeyin göstergesi.

MIT'den fizikçi Alfred Zong, "Bu gözlem bize, malzemenin elektriksel özelliğinin bir şekilde termal geçmişinin bir hafızasına sahip olduğunu ve mikroskobik olarak malzemenin özelliklerinin geçmişte farklı bir sıcaklıktan gelen özellikleri koruyabildiğini gösteriyor" diyor. "Bu tür 'termal bellek' kalıcı bir sıcaklık kaydedici olarak kullanılabilir."

Bu, bir dizi olasılığın kapısını açar. Bunun bilim insanları tarafından kullanılabilmesinin yollarından biri, EuTe4'ün oda sıcaklığındaki elektrik direncini ölçmek ve buradan, bu 'termal bellek' nedeniyle malzemenin daha önce yaşadığı en soğuk veya en sıcak sıcaklığı çıkarmaktır.

Ekibe göre, burada yapılan çalışma, diğer katılara ve aşırı sıcaklık aralıklarına maruz kaldıklarında nasıl değiştiklerine bakmak için daha da genişletilebilir. Çalışmalar, bilgisayarlarda ve bellekte kullanılan malzemeler üzerinde daha fazla kontrol sahibi olmak açısından özellikle umut verici olabilir.

Araştırmacılar, 400 Kelvin aralığının ötesinde keşfedilecek daha çok şey olduğundan şüpheleniyorlar. Bu sıcaklık aralığı onların deney düzeneğinin çıkmalarına izin verdiği en yüksek aralıktı. Daha fazla analizden sonra histerezis, sıcaklığı değiştirmenin yanı sıra başka yollarla da kontrol edilebilir.

MIT'den fizikçi Nuh Gedik, "Bir sonraki hedef, EuTe4'ü tek bir ışık parlattıktan sonra farklı bir dirençli duruma getirerek, onu örneğin bilgi işlem cihazlarında kullanılabilecek ultra hızlı bir elektrik anahtarı haline getirmek" diyor.

Araştırma, Physical Review Letters'da yayınlandı.