Ohm kanunu atomik seviyede de çalışıyor

Michelle Simmond ve meslektaşları, Avusturalya’da ki New South Wales Üniversitesi ve Indiana’daki Melbourne ve Purdue Üniversiteleri ile birlikte, Ohm kanununun atomik seviyede de işlediğini gösteren düşük dirençli silikon kablolar geliştirdi.

1827 yılında George Ohm tarafından deneysel bir şekilde keşfedilen Ohm kanunu, bir iletkenden geçen akım iletken üzerindeki gerilim ile doğru orantılı olduğunu söyler. Direnç konseptinin temelini oluşturması sebebi ile kural devre teorisinin ana dayanağı durumundadır ve fizik ve mühendislik sınıflarındaki öğrencilere öğretilir.

Araştırmanın açıklandığı gün yayınlanan bir dokümanda Arizona State Üniversitesi’nden David Ferry durumu sürpriz olarak tanımladı. Bilim adamları Ohm Kanununu gibi klasik bir davranışım atomik seviyede geçerli sonuç vermeyeceğini umuyorlardı. Klasik dünyaya ait olan nokta şeklindeki elektron hareketinin yerini saçılan kuantum dalgaları almalıydı. Bu kuantum dalgaları çok farklı bir harekete sebep olacaktı diye ekliyor IEEE üyesi.

Simmons ve ortakları silikondan yapılmış bir atom uzunluğunda nano kablolar geliştirdi. Bu kabloları silikon bir yüzey üzerine dizmek için tarama tünelleme mikroskopu kullandılar ve sonrasında silikon kristal kabloları korumak için büyütüldü bu sayede kablo başka bir yüzeyden korunmuş olacak dolayısı ile herhangi bir elektronunu kaybedip Ohm kanunun özelliklerini yitirmesi tehlikesi önlenmiş olacaktı.

Önceki deneyler 10 nanometre den daha düşük genişliklerde silikonun direncinin eksponansiyel olarak arttığını göstermişti.(Buna karşın Ohm kanunu doğrusaldır.)Araştırmacılar silikon kablolarını fosfor ile güçlendirerek bu eksponansiyel artışın yakınlarında kalarak Ohm kanununun etkisini takip edebilme imkânına sahipti. Fosfor atomları silikondan daha fazla elektrona sahiptir ve bu fazladan elektronlar nano kablonun iletmesini sağlıyor diye açıklıyor Simmons. Kablolar içerisinde Kablolar içerisinde fosfor atomlarını 1 nm ileri yerleştiriyoruz ve böylece elektronun dalga fonksiyonu metalik bir durum oluşturmak için üst üste geliyor ve bize düşük bir direnç oluşturuyor. Kolombiya Üniversitesi elektrik mühendisi John Kymissis deneylerden oldukça etkilendi.

Araştırmacılar günümüz yüksek seviyeli çiplerinin bazı özel kuantum etkilerini savuşturması gerektiğini söylüyorlar ve mühendislerin iç bağlantı elemanlarını daha fazla küçültebilmelerini umuyorlar.” Silikon çipleri ölçülendirmede karşılaşılan temel zorluklardan biri parazit dirençten dolayı herhangi bir akım şeklinde veya materyalde önlenemeyen güç kaybı ”diyor. Dick Slusher.

Simmons ortaya çıkan iş silikondan yapılmış ölçülendirilebilen kuantum bilgisayarı üretmek için verilen çabaların bir sonucu. Simmons’un grubu ve diğer gruplar bitlerini farklı fosfor atomlarındaki elektronların yörüngedeki konumunun belirlediği kuantum bilgisayarlar üzerinde çalışıyorlar. Sydney’de Bir fosfor atomu ve elektron ikilisinin birkaç saniye gibi uzun bir ömre sahip olduğunu gösterdik. Hassaslık ayarlı elektrotlara sahip gerçek tek atomlu aygıtlar yapmanın kıyısındayız.

Oxford Üniversitesi’nden fizikçi Steve Simons nano kabloyu teknolojinin etkileyici bir parçası olarak yorumluyor ancak belirli dirençlere sahip birden fazla kablo yapmak zorlayıcı olabilir. Eğer safsızlığın nerede olduğu kontrol edilemezse her zaman için iletkenliğini kaybetmiş parçalar olacaktır. Tabiki Simmons ve meslektaşlarının gerçekleştirdiği deneyler standart silikon işleme tekniklerini içermiyor ancak sonunda bu durum standartlara uyumlu hale getirilebilir.

“Temel olarak güçlendirilmiş silikon kablolarda atomik seviyeler indirgenmiş bir direnç elde edilebileceğini gösterdik.” diyor Simmons. Üretim için şu an hazır olmayabiliriz ancak 20 yıl sonrasını kim bilebilir?

Alican YEKSAN