Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Çoğu fotoelektrik cihaz, uzayda bir asimetri yaratmak için iki farklı malzeme gerektirir. Burada, tek bir malzeme içindeki uzaysal asimetrinin - özellikle de termoelektrik taşıma özelliklerindeki asimetrinin - spontane foto akımlara yol açabileceğini gösterdik."
Boston College liderliğindeki bir ekip, Weyl yarı metallerindeki fotoakım akışının kaynağını görüntülemek ve anlamak için yeni bir kuantum sensör yöntemi geliştirdi.
Nature Physics dergisinde yayınlanan yeni bir makalede, Boston College'da Fizik Yardımcı Doçenti olan Brian Zhou ve meslektaşları, kuantum sensörleri kullanarak Weyl yarı metallerinde ışığı elektriğe dönüştürmek için şaşırtıcı yeni bir yöntem ortaya çıkardılar.
Kameralar, fiber optik sistemler ve güneş panelleri gibi birçok çağdaş teknoloji ışığın elektrik sinyallerine dönüştürülmesine dayanır. Ancak çoğu malzemede, elektrik akışı için belirli bir yön olmadığından, yüzeylerine sadece ışık tutulması elektrik üretimiyle sonuçlanmaz. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek ve yeni optoelektronik cihazlar yaratmak için araştırmacılar Weyl yarı metallerindeki elektronların benzersiz özelliklerini inceliyor.
BC'den sekiz meslektaşı ve Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden iki araştırmacı ile birlikte çalışan Zhou, "Çoğu fotoelektrik cihaz, uzayda bir asimetri yaratmak için iki farklı malzeme gerektirir" diyor. "Burada, tek bir malzeme içindeki uzaysal asimetrinin - özellikle de termoelektrik taşıma özelliklerindeki asimetrinin - spontane foto akımlara yol açabileceğini gösterdik."
Ekip, her ikisi de Weyl yarı metalleri sınıfına ait olan tungsten ditellürit ve tantal iridyum tetratellürit malzemelerini inceledi. Araştırmacılar, kristal yapılarının doğası gereği ters asimetrik olması nedeniyle bu malzemelerin foto akım üretimi için iyi adaylar olacağından şüphelenmişlerdir; yani kristal, bir nokta etrafında yönleri tersine çevirerek kendi üzerine eşleşmez.
Zhou'nun araştırma grubu, Weyl yarı metallerinin ışığı elektriğe dönüştürmede neden verimli olduğunu anlamak için yola çıktı. Önceki ölçümler, bir lavabodan tahliye borusuna ne kadar su aktığını ölçmek gibi, yalnızca bir cihazdan çıkan elektrik miktarını belirleyebiliyordu. Zhou'nun ekibi, foto akımların kaynağını daha iyi anlamak için, lavaboda dönen su akımlarının bir haritasını çıkarmaya benzer şekilde, cihaz içindeki elektrik akışını görselleştirmeye çalıştı.
Makalenin başyazarı olan yüksek lisans öğrencisi Yu-Xuan Wang, "Projenin bir parçası olarak, foto akımlar tarafından üretilen yerel manyetik alanı görüntülemek ve foto akım akışının tüm akış çizgilerini yeniden yapılandırmak için elmastaki nitrojen boşluk merkezleri adı verilen kuantum manyetik alan sensörlerini kullanan yeni bir teknik geliştirdik" diyor.
Ekip, elektrik akımının, ışığın malzeme üzerinde parladığı yerin etrafında dört katlı bir girdap modelinde aktığını tespit etti. Ekip ayrıca, dolaşımdaki akış modelinin malzemenin kenarları tarafından nasıl değiştirildiğini görselleştirdi ve kenarın kesin açısının, cihazdan akan toplam ışık akımının pozitif, negatif veya sıfır olup olmadığını belirlediğini ortaya çıkardı.
Zhou, "Daha önce hiç görülmemiş bu akış görüntüleri, ışık akımı üretim mekanizmasının şaşırtıcı bir şekilde anizotropik fototermoelektrik etkiden, yani Weyl semimetalinin farklı düzlem içi yönleri boyunca ısının akıma dönüştürülmesindeki farklılıklardan kaynaklandığını açıklamamızı sağladı" diyor.
Şaşırtıcı bir şekilde, anizotropik termo gücün ortaya çıkması Weyl yarı metalleri tarafından sergilenen inversiyon asimetrisi ile ilgili değildir ve bu nedenle diğer malzeme sınıflarında da mevcut olabilir.
Zhou, "Bulgularımız, diğer yüksek fotoresponsif malzemelerin araştırılması için yeni bir yön açıyor" diyor. "Kuantum özellikli sensörlerin malzeme bilimindeki açık sorular üzerindeki yıkıcı etkisini gözler önüne seriyor."
Zhou, gelecekteki projelerin, diğer egzotik malzemelerdeki foto akımların kökenlerini anlamak ve algılama hassasiyeti ve uzamsal çözünürlükteki sınırları zorlamak için benzersiz foto akım akış mikroskobunu kullanacağını söylüyor.
Araştırma Ulusal Bilim Vakfı, DOE/ABD Enerji Bakanlığı ve Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi tarafından finanse edilmiştir.
BOSTON COLLEGE, 2 Mart 2023,SciTechDaily
Mustafa Tamer, 22.03.2023, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: "Visualization of bulk and edge photocurrent flow in anisotropic Weyl semimetals" Yu-Xuan Wang, Xin-Yue Zhang, Chunhua Li, Xiaohan Yao, Ruihuan Duan, Thomas K. M. Graham, Zheng Liu, Fazel Tafti, David Broido, Ying Ran ve Brian B. Zhou, 23 Ocak 2023, Nature Physics. DOI: 10.1038/s41567-022-01898-0
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.