Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Araştırmacılar, bükülmüş atomik katmanlardan (kırmızı) oluşan özel bir malzemede ferromanyetik bir durumun kutupluluğunu değiştirmek için bir lazer darbesi (mavi) kullandılar."
Laser Light Rewrites Magnetism in Breakthrough Quantum Material
Bilim insanları, ışığın tek başına topolojik bir malzemede manyetizmayı tersine çevrilebilir şekilde kontrol edebileceğini gösterdi.
Lazer Işını Kullanarak Özel Bir Ferromanyetik Malzemenin Kutupsallığını Değiştirme. Kaynak: Enrique Sahagún, Scixel / Basel Üniversitesi, Fizik Bölümü
Basel Üniversitesi ve ETH Zürih'teki araştırmacılar, lazer ışını kullanarak alışılmadık bir ferromanyetik malzemenin manyetik kutupluluğunu tersine çevirmenin bir yolunu buldular. Bu yaklaşım geliştirilip ölçeklendirilebilirse, kalıcı olarak sabitlenmek yerine ışıkla yeniden yapılandırılabilecek elektronik bileşenlere işaret ediyor.
Bir ferromanyetik malzeme, sanki kendi içinde yerleşik bir anlaşma varmış gibi davranır. Malzemenin içinde, çok sayıda elektron, spinleri nedeniyle küçük çubuk mıknatıslar gibi davranır. Bu spinler hizalandığında, bireysel manyetik alanları bir araya gelerek, pusula iğnesinin bir yöne sabitlenmesini veya buzdolabı mıknatısının kapıya yapışmasını sağlayan o tanıdık gücü üretir.
Bu düzenli hizalanma otomatik değildir, çünkü ısı sistemi sürekli olarak sarsar. Ferromanyetizma, ancak hizalanmayı teşvik eden etkileşimler termal harekete üstün geldiğinde ortaya çıkar; bu da kritik bir sıcaklığın (genellikle Curie sıcaklığı olarak adlandırılır) altında gerçekleşir.
Manyetizmayı tersine çevirmenin olağan yolu
Bir ferromanyetin kutupluluğunu değiştirmenin çoğu yöntemi ısıtmaya dayanır. Malzemeyi kritik sıcaklığının üzerine çıkararak, düzenli hizalanma bozulur ve spinler yeniden düzenlenebilir. Sistem soğuduğunda, spinler yeni bir kolektif yöne "donabilir" ve mıknatısın kutupluluğu tersine döner.
Basel Üniversitesi'nden Prof. Dr. Tomasz Smoleński ve ETH Zürih'ten Prof. Dr. Ataç İmamoğlu liderliğindeki ekip, yeni çalışmalarında bu yeniden yönlendirmeyi yalnızca ışık kullanarak, ısıtma yapmadan gerçekleştirdi ve sonuçları Nature dergisinde yayınladı.
Etkileşimler ve topoloji
Deney, dikkatlice tasarlanmış bir yapıya dayanıyordu: aralarında hafif bir bükülme olacak şekilde üst üste istiflenmiş, iki ince tabaka halinde organik yarı iletken molibden ditellürid. Bükülmüş katmanlı malzemelerin, katmanlar arasındaki küçük uyumsuzluğun elektronların hareketini ve etkileşimini yeniden şekillendirebilmesi nedeniyle alışılmadık elektronik davranışlar ürettiği bilinmektedir.
İşte burada topoloji devreye giriyor. Topolojik durumlar genellikle basit şekillerle açıklanır: top (deliksiz) ve simit (tek delik). Temel fikir, birini diğerine sorunsuz bir şekilde dönüştüremeyeceğinizdir; bu nedenle bu durumlar birbirinden farklıdır ve bir kez kurulduktan sonra sağlam kalır.
Smoleński ve İmamoğlu'nun birlikte denetlediği deneylerde, araştırmacılar elektronları topolojik yalıtkan durumlar ve iletken metalik durumlar arasında ayarlayabildiler. Her iki durumda da, elektron etkileşimleri spinleri paralel olarak hizalamaya zorladı ve bu da sistemi bir ferromanyet haline getirdi.
İmamoğlu, “Çalışmamızın heyecan verici yanı, modern yoğun madde fiziğindeki üç büyük konuyu tek bir deneyde birleştirmemiz: elektronlar arasındaki güçlü etkileşimler, topoloji ve dinamik kontrol” diyor. Bunu başarmak için araştırmacılar, birbirine göre hafifçe bükülmüş iki ince organik yarı iletken molibden ditellürid katmanından oluşan özel bir malzeme kullandılar.
ETH'de doktora öğrencisi olan ve deneyleri meslektaşları Kilian Kuhlbrodt ve Tomasz Smoleński ile birlikte yürüten Olivier Huber, "Ana sonucumuz, spinlerin kolektif yönelimini değiştirmek için bir lazer darbesi kullanabilmemizdir" diyor. Birkaç yıl önce bu, tek elektronlar için zaten yapılmıştı, ancak şimdi tüm ferromanyetik malzemenin "anahtarlanması" veya kutupluluğunun değiştirilmesi sağlandı. Smoleński, "Bu anahtarlama kalıcıydı ve dahası, topoloji anahtarlama dinamiklerini etkiliyor" diyor.
Başka bir deyişle, sonuç sadece ışığın bir dönüşümü tetikleyebilmesiyle sınırlı değil. Dönüşümün gerçekleşme şekli, elektronların topolojik olarak yalıtkan bir durumda mı yoksa metalik iletken bir durumda mı olduğuna bağlıdır; bu da manyetizma ve topolojiyi tek bir kontrol edilebilir platformda birleştirir.
Ferromanyetik malzemenin dinamik kontrolü
Bu şekilde, lazer darbesi, topolojik ferromanyetik durumun bulunduğu yeni sınır çizgileri çizmek için de kullanılabilir. Bu işlem tekrarlanabilir, böylece topolojik ve ferromanyetik özelliklerin dinamik kontrolü mümkün olur. Sadece birkaç mikrometre boyutundaki minik ferromanyetik malzemenin kutupluluğunu gerçekten değiştirdiğini göstermek için araştırmacılar, çok daha zayıf ikinci bir lazer ışınının yansımasını ölçtüler. Bu yansıma, elektron spinlerinin yönelimini ortaya çıkardı.
Smoleński, "Gelecekte, yöntemimizi kullanarak bir çip üzerine keyfi ve uyarlanabilir topolojik devreleri optik olarak yazabileceğiz" diyor. Bu yaklaşım daha sonra, son derece küçük elektromanyetik alanların ölçülebileceği minik interferometreler oluşturmak için kullanılabilir.
Basel Üniversitesi, 30 Ocak 2026, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 25.03.2026, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: O. Huber, K. Kuhlbrodt, E. Anderson, W. Li, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kroner, X. Xu, A. Imamoğlu ve T. Smoleński tarafından yazılan “Moiré malzemelerde topolojik Chern sayısının optik kontrolü”, 28 Ocak 2026, Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09851-w
- 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.