Bilim dünyası, katı malzemelerin içindeki elektronların serbest kalma sürecini açıklayan onlarca yıllık bir gizemi çözdü. TU Wien’deki (Viyana Teknik Üniversitesi) fizikçilerden oluşan bir ekip, bir elektronun malzemeden kaçması için tıpkı bir kurbağanın bir kutudan çıkması gibi, enerji eşiğini aşmanın yanı sıra doğru uzamsal konumu, yani bir ‘kapı durumu’nu bulması gerektiğini keşfetti.
TU Wien Uygulamalı Fizik Enstitüsü'nden ve yeni çalışmanın başyazarı Anna Niggas, "Nispeten yavaş elektronların ortaya çıktığı katılar fizikte önemli bir rol oynar. Bu elektronların enerjilerinden, malzeme hakkında değerli bilgiler elde edebiliriz," şeklinde bir açıklama yaptı.
ENERJİ YETERLİ DEĞİL
Bir malzemenin içindeki elektronlar, belirli bir enerji eşiğinin altında kaldıkları sürece malzeme içinde hapsolur. Malzemeye ek enerji verildiğinde, bazı elektronlar bu eşiği aşar. Daha önce, yeterli enerjiye sahip olduklarında tüm bu elektronların maddeyi terk ettikleri varsayılıyordu.
TU Wien'deki Atom ve Plazma Fiziği grubunun başkanı Prof. Richard Wilhelm, "Yeterli enerjiye sahip olduklarında tüm bu elektronların maddeyi terk ettikleri varsayılabilir. Ancak görünen o ki, olan bu değil" diyerek teorik tahminler ile deneysel sonuçlar arasındaki tutarsızlığa dikkat çekti. Özellikle farklı katmanlara sahip grafen gibi yapıların benzer enerji seviyelerine sahip olmasına rağmen, yayılan elektronlarda tamamen farklı davranışlar göstermesi kafa karıştırıcıydı.
DOĞRU ÇIKIŞI BULMAK
Araştırmacılar, enerji eşiğinin üzerinde yer alan ancak yine de maddeden dışarı çıkmayan kuantum durumlarının var olduğunu keşfetti. Bu durumlar önceki modellerde hesaba katılmamıştı. Prof. Wilhelm, bu durumu, enerjisel açıdan artık katıya bağlı olmayan, ancak hala katının bulunduğu yerde uzamsal olarak konumlanmış elektronlara benzeterek, elektronun yeterince yükseğe sıçrayan ancak çıkışı bulamayan kurbağa gibi davrandığını belirtti.
Teorik Fizik Enstitüsü'nden Prof. Florian Libisch, eksik parçayı şu sözlerle açıkladı: "Elektronlar çok özel durumlarda bulunmalıdır; sözde kapı durumları. Bu durumlar, katıdan dışarıya açılan durumlarla güçlü bir şekilde bağlantılıdır. Yeterli enerjiye sahip her durum böyle bir kapı durumu değildir; yalnızca dışarıya 'açık kapı'yı temsil eden durumlar."
MALZEME TASARIMINDA YENİ BAKIŞ
Anna Niggas, elde edilen bulgularla ilk kez, elektron spektrumunun şeklinin yalnızca malzemenin kendisine değil, aynı zamanda bu tür rezonans geçiş durumlarının var olup olmadığına ve nerede olduğuna da bağlı olduğunu gösterdiklerini belirtti. Bu durumlardan bazılarının yalnızca bir malzemenin beşten fazla katmanı üst üste konulduğunda ortaya çıktığı da belirlendi. Bu keşif, katmanlı malzemelerin teknoloji ve araştırmada hedefli tasarımı ve kullanımı için yepyeni perspektifler sunuyor.
