Michelle Starr

Fizikçiler, birinci kere gizemli bir husus halini kayıt altına aldılar. Tarama iletimli bir X-ışını mikroskobu kullanan araştırma grubu, oda sıcaklığında magnonlardan* yapılmış bir vakit kristalinin salınımlarını kaydetti. Bilim insanları, bunun vakit kristallerinin incelenmesinde değerli bir atılım olduğunu tabir ediyorlar.

Polonya’da bulunan Adam Mickiewicz Üniversitesi’nden fizikçi Pawel Gruszecki, “Bu cins uzay-zaman kristallerinin birinci düşünülenden çok daha güçlü ve yaygın olduğunu göstermeyi başardık” diyor: “Kristalimiz oda sıcaklığında ağırlaşıyor ve parçacıklar izole bir sistemin tersine, onunla etkileşime girebiliyor. Ayrıyeten bu magnonik uzay-zaman kristali, onunla bir şeyler yapmak için kullanılabilecek bir boyuta ulaştı. Bu durum, birçok potansiyel uygulamanın yolunu da açabilir.”

UZAY-ZAMAN KRİSTALİNİN GİZEMİ ÇÖZÜLÜYOR

Kimi vakit ‘uzay-zaman kristalleri’ olarak de isimlendirilen ve sırf birkaç yıl evvel var oldukları teyit edilen vakit kristalleri, isminden de anlaşılacağı üzere büyüleyici şeylerdir. Olağan kristallere çok benzerler lakin fazladan bir özellikleri mevcuttur.

Olağan kristallerde, bileşen atomları sabit ve üç boyutlu bir ızgara yapısındaki bir sisteme sahiptir; örneğin bir elmas yahut kuvars kristalinin atomik kafesi bu biçimdedir. Bu tekrarlanan kafesler yapılanma açısından farklılık gösterebilirler lakin belli bir oluşum içinde çok fazla hareket etmezler: Sırf uzaysal olarak tekrarlanırlar.

Vakit kristallerinde ise atomlar bundan biraz daha farklı davranır. Evvel bir tarafa, sonra başkasına dönerek salınırlar. ‘Tıklama’ olarak isimlendirilen bu salınımlar tertiplidir ve muhakkak bir frekansa sabitlenmiştir. Yani, olağan kristallerin yapısı uzayda tekrarlanırken, vakit kristallerinde uzay ve vakitte tekrar eder.

Bilim insanları, vakit kristallerini incelemek için ekseriyetle magnon kuasipartiküllerinin** çok soğuk Bose-Einstein yoğuşmalarını kullanırlar. Magnonlar gerçek parçacıklar değildir ve elektronların dönüşünün toplu biçimde uyarılmasından oluşurlar; bir ‘spin’ (dönüş) kafesi boyunca yayılan bir dalga üzeredirler.

SALINIM PERMALLOY ŞERİDİ SAYESİNDE KEŞFEDİLDİ

Gruszecki ve Almanya’daki Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü’nde fizik kısmında doktora öğrencisi olan meslektaşı Nick Träger öncülüğündeki araştırma grubu, farklı bir şey denediler. Bir anten üzerine radyofrekans akımı gönderebilecekleri bir manyetik permalloy*** şeridi yerleştirdiler.

Bu akım, manyetik dalgaların her iki uçtan şerit üzerinde hareket ettiği, salınan bir manyetik alan üretti; ortaya çıkan dalgalar şeritteki magnonları uyardı ve bu hareketli magnonlar daha sonra tekrarlayan bir desende ağırlaştı.

Träger, “Uzay ve vakitte sistemli biçimde tekrarlanan magnon desenini aldık, daha fazla magnon gönderdik ve en sonunda dağıldılar” diyor. “Bu yolla, vakit kristalinin başka kuasipartiküller ile etkileşime girebileceğini ortaya koymayı başardık. Bir görüntüde göstermek şöyle dursun, şimdi hiç kimse bunu bir deneyde bile direkt gösterememişti.”

Üstteki görüntüde, Almanya’da bulunan Helmholtz Zentrum Berlin’deki BESSY II senkrotron radyasyon tesisinde MAXYMUS X-ışını mikroskobu kullanılarak saniyede 40 milyar kareye kadar fotoğrafı çekilen manyetik dalga cephesinin şerit boyunca yayılışı görülüyor.

İRTİBAT VE MANZARA TEKNOLOJİLERİNDE ÇIĞIR AÇABİLİR

Vakit kristalleri uzun vakit dönemleri boyunca istikrarlı ve dengeli olmalıdır zira teorik bağlamda mümkün olan en düşük güç durumunda salınırlar. Grubun gerçekleştirdiği araştırma, uyarılan magnonik vakit kristallerinin kolaylıkla manipüle edilerek onları yine yapılandırmanın yeni bir yolunun bulunduğunu gösteriyor. Bu durum, hususun halini bir dizi pratik uygulamaya da açabilir.

Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü’nden fizikçi Joachim Gräfe, “Klasik kristaller çok geniş bir uygulama alanına sahiptir” diyor: “Eğer kristaller yalnızca uzayda değil vakitte da etkileşime girebiliyorsa, artık mümkün uygulamalara öbür bir boyut daha ekliyoruz. İrtibat, radar yahut görüntüleme teknolojisi alanlarında çok büyük bir potansiyel içeriyor.”

*Bir magnon, bir kristal kafeste elektronların spin (dönüş) yapısının kolektif bir uyarımı olan bir kuasipartiküldür. Magnonlar sabit ölçüde güç ve kafes momentumu taşırlar.(ç.n.)

**Fizikte, ‘kuasipartiküller’ ve yakından bağlı olan kolektif uyarımlar, katı gibisi ve mikroskobik açıdan karmaşık bir sistemin vakum ortamında farklı zayıf etkileşime giren parçacıklar içeriyormuş üzere davranmasıyla ortaya çıkan ani ve beklenmedik olaylardır. Örneğin, öbür elektronlarla ve atom çekirdekleriyle yaşadığı etkileşimler nedeniyle, bir elektron yarı iletkenden geçerken hareketi karmaşık bir biçimde bozulur. Elektron, vakumda bozulmadan seyahat eden farklı bir tesirli kütleye sahipmiş üzere davranır.(ç.n.)

***Permalloy, yaklaşık yüzde 80 nikel ve yüzde 20 demir içeriğine sahip bir nikel-demir manyetik alaşımdır. 1914 yılında Bell Telefon Laboratuvarlarında fizikçi Gustav Elmen tarafından icat edilen bu alaşım, çok yüksek manyetik geçirgenliği ile dikkat çeker ve bu durum onu elektrikli ve elektronik ekipmanlarda manyetik çekirdek materyali olarak ve ayrıyeten manyetik alanları bloke etmek için manyetik müdafaada kullanışlı kılar. (ç.n.)

Yazının özgünü Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)

Gazete Duvar