Gelecek Nesil Veri Depolama için Yeni Malzemelere Öncülük Edebilecek Keşif
Kısmen ABD Ordusu tarafından finanse edilen araştırmalar, kapatıldıktan sonra bile bilgi tutmaya devam eden daha güçlü veri depolama cihazları gibi uygulamalara öncülük edecek malzemelerin özelliklerini ortaya çıkardı. Cornell Üniversitesi ve California Berkeley Üniversitesi liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, keşfedilebilecek çok sayıda malzeme sistemi ve fiziksel olayları başlatan bir keşif yaptı.
Bilim adamları kiraliteyi polar skyrmiyonlarda* tersine çevrilebilen elektriksel özelliklere sahip zarif tasarımlı ve sentezlenmiş yapay bir malzeme içerisinde ilk kez gözlemledi. Kirallik, iki nesnenin bir çift eldiven gibi birbirinin ayna görüntüleri olduğu ancak üst üste koyulduğunda çakışmadığı bir durumdur. Polar skyrmionlar, dipol olarak bilinen zıt elektrik yüklerinden oluşan yapılardır.
Araştırmacılar her zaman skyrmionların sadece manyetik materyallerde göründüğünü varsaymışlardır ki bu materyallerin yüklü elektronları ve onların manyetik spinleri arasındaki özel etkileşimler, skyrmionların bükümlü kiral modellerini dengede tutar. Ekip, elektrikli bir malzemeyle skyrmionlar keşfettiğinde hayretler içinde kaldığını belirtti.
Polar skyrmionlar ve bu elektriksel özelliklerin kombinasyonu, özellikle kiralitenin manipüle edilebilecek bir parametre olarak kullanılmasıyla ordu için önemli olan yeni cihazların geliştirilmesine imkan sağlayabilir.
Bu projenin ortak araştırmacısı Dr. Ramamoorthy Ramesh, şuan polar/elektrik skyrmionlarının kiral olduğunu bildiklerini ve elektriksel olarak manipüle edip edemeyeceklerini görmek istediklerini belirtti ve “Bir elektrik alanı uygularsam, her birini bir turnike gibi döndürebilir miyim? Her birini teker teker, dama tahtasındaki bir taş gibi hareket ettirebilir miyim? Bir şekilde onları veri depolama için hareket ettirebilir, yazabilir ve silebilseydik o zaman bu inanılmaz yeni bir teknoloji olurdu. ” dedi.
Araştırmacılar bulgularını Nature dergisinde yayımladı.
ABD Ordusu Muharebe Yetenekleri Komutanlığı Ordusu Araştırma Laboratuvarı’nın bir parçası olan Ordu Araştırma Ofisi Malzeme Bilim Bölümü şefi Pani (Chakrapani) Varanasi, “Bu çığır açan keşif, gelecekte ordu için olduğu kadar sanayi için de mantık/belleği, algılamayı, iletişimi ve diğer uygulamaları ilerletmek amacıyla kullanılabilecek cihazların geliştirilmesinde kullanılabilir” dedi.
Ekip çalışmaya 2016 yılında başladığında, ısının malzemeler arasında nasıl hareket ettiğini kontrol etmenin yollarını bulmak için yola koyuldu. Alternatif kurşun titanat katmanları (elektriksel olarak polar bir malzeme olan, bu nedenle bir ucu pozitif yüklü ve diğer ucu negatif yüklü olan) ve stronsiyum titanattan (bir yalıtkan, yani elektrik akımını iletmeyen bir malzeme), süperlatis olarak adlandırılan özel kristal bir yapı ürettiler.
Araştırma ekibi, gelişen olguları keşfetmek amacıyla yapay olarak tasarlanmış ve yapılandırılmış oksitlerin sentezini araştırmaya başladı. Ortaya çıkan fenomenler doğada yaygındır – sürü halinde yüzen balıklar, bir düzen içinde uçan kuşlar, topluluğun ve çetelerin ortaya çıkması, ayrık nesnelerin (balık, kuşlar, insanlar) beklenmedik kolektif davranışa nasıl yol açabileceğinin örnekleridir. Materyaller, özellikle baskı altına alındığında, bu tür davranışlar sergileyebilir.
Bilim adamları yapay olarak tasarlanan kurşun titanat / stronsiyum titanat süperlatisinin transmisyon elektron mikroskobu ölçümlerini aldıklarında, ısıyla ilgisi olmayan garip bir şey gördüler: Kabarcık benzeri oluşumların malzemenin her tarafında beklenmedik biçimde ortaya çıkması. Kurşun titanat iyi bilinen bir ferroelektrik malzemedir, kardeş bileşiği stronsiyum titanat ise oda sıcaklığında ferroelektrik değildir. Ferroelektrikler, harici bir elektrik alanının uygulanmasıyla ters çevrilebilen, kendiliğinden elektriksel polarizasyona sahip malzemelerdir.
Görünüşe göre bu kabarcıklar polar skyrmionlardı.
Cornell Üniversitesi’nden David Muller, Berkeley Lab’ının Moleküler Dökümhanesinde ve Cornell Malzeme Araştırma Merkezinde sofistike taramalı elektron mikroskobu kullanırken, gerçek zamanlı olarak skyrmionların kiralliğinin atomik görüntülerini aldı. Araştırmacılar apolar stronsiyum titanat katmanının polar kurşun titanat katmanına yerleştirilen kuvvetlerin, kurşun titanattaki polar skyrmion kabarcıklarını ürettiğini keşfetti.
“Malzemeler insanlar gibidir.” diyen Ramesh ekliyor: “İnsanlar strese girdiğinde, tahmin edilemez şekillerde tepki verirler ve bu tam da malzemelerin yaptığı şeydir: Bu durumda, kurşun titanatın stronsiyum titanatla çevrelenmesiyle kurşun titanat çıldırmaya başlar ve tekdüze polarize olmak yerine skyrmion gibi polar dokular yaratmak da çıldırmanın bir yoludur.”
Schlom, “Bu çalışma, oksit üst yapılarında temel olarak yeni bir fenomenin keşfedilmesini sağlamıştır. Artık, başka birçok bilim dünyası yaratmak için epitaksi temelli bir şablona sahibiz. Örneğin, bu tür süperlatislerde spin-şarj bileşimine bakmaya başlayabiliriz; bu konuda çalışmalar zaten devam ediyor.” diye belirtiyor. Araştırmacılar ayrıca elektrik alan uygulamasının polar skyrmionlara etkilerini incelemeyi planlıyorlar.
Pennsylvania Eyalet Üniversitesi ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları da çalışmaya katkıda bulundu.
Ek olarak, Enerji Ofisi Bilim Ofisi, bu araştırmayı Gordon ve Betty Moore Vakfı’nın EPiQS Girişimi, Ulusal Bilim Vakfı, Lüksemburg Ulusal Araştırma Fonu ve İspanya Ekonomi ve Rekabet Bakanlığı tarafından sağlanan ek fonlarla destekledi.
* Parçacık teorisinde, skyrmion belirli bir doğrusal olmayan sigma modeli sınıfının topolojik olarak kararlı bir alan konfigürasyonudur. İlk olarak 1962’de Tony Skyrme tarafından nükleonun bir modeli olarak önerildi.
Kaynak : sciencedaily.com
