EKSİTONYUM; MADDENİN YENİ HALİ
(Sanatçının, heyecanlı bir katının ortak eksitanslarını tasvir etmesi. Bu uyarılar, aksi istikametinde katı bir eksiton arka planda (mavi) alan duvarları (sarı) yaymak olarak düşünülebilir. Resim Peter Abbamonte'nin izniyle, I. Fizik Bölümü ve Frederick Seitz Malzeme Araştırma Laboratuarı)
Illinois Üniversitesi'nde Urbana-Champaign'de bir grup araştırmacı, yaklaşık 50 yıl önce ilk kez ortaya atılan teoriyle maddenin ilginç bir hali olan Excitonium’un varlığını ispatladılar.
Ekip, analiz edilmeyen geçiş metali dikalsiyojenit titanyum diselenür (1T-TiSe2) katkılı olmayan kristallerini incelemiş ve şaşırtıcı sonuçlarını beş kez farklı parçalanmış kristaller üzerinde tekrar üretmiştir. Amsterdam Üniversitesi Fizik Profesörü Jasper van Wezel, deneysel sonuçların önemli teorik yorumlanmasını sağladı.
Peki eksitonyum tam olarak nedir?
Excitonium, bir süper iletken veya süper akışkan veya yalıtıcı elektronik kristal gibi makroskopik kuantum fenomeni gösteren bir kondensattır. Çok garip bir kuantum mekanik eşleştirme sonucu oluşan bu parçacıklara Excitonlar denir.
Excitonlar, çok garip bir kuantum mekanik eşleştirme, yani uyarılmış bir elektronun geride bıraktığı delik sonucun ortaya çıkan parçacıktır. Bu delik pozitif yüklü bir parçacıkmış gibi davranarak uyarılıp üst enerji seviyesine çıkan elektronu çeker. Negatif yükü olan uyarılmış elektron, delikle çiftleştiğinde, ikisi dikkat çekici bir şekilde bir bileşik parçacık, bir boson-eksiton oluştururlar.
Aslında, deliğin parçacık benzeri özellikleri, çevresindeki elektron kalabalığının ortak davranışına atfedilebilir. Fakat bu anlayış eşleştirmeyi daha az tuhaf ve harika yapar.
Excitonyum’un ispatı neden 50 yıl sürdü?
Şimdiye kadar, bilim adamları, eksitonyum gibi görünen şeylerin aslında bir Peierls evresi (yavaşça değişen bir manyetik vektör potansiyeli varlığında sıkı bağlı elektronları tanımlamak için yaygın olarak kullanılan bir yaklaşımdır.) olup olmadığını olumlu bir şekilde ayıracak deneysel araçları bulamadılar. Exciton oluşumu ile tamamen ilişkili olmasa da, Peierls fazları ve exciton yoğunlaşması, aynı simetri ve benzer gözlenebilir parçacık enerji boşluğunu paylaşırlar.
Abbamonte ve ekibi, momentum-çözümlü elektron enerji kaybı spektroskopisi (M-EELS) olarak adlandırılan yeni bir teknik kullanarak bu sorunun üstesinden gelebildiler. M-EELS, değerliksiz bant ışınımlarına karşı, elastik olmayan röntgen veya nötron saçılım tekniklerine göre daha hassastır. Kogar, kendi başına bir elektronun yörüngesini ölçebilen bir EEL spektrometresini güçlendirerek, ne kadar enerji ve momentumu kaybettiğini bir goniometre ile, ekibe gerçek uzaydaki bir elektronun momentumu çok hassas bir şekilde ölçme olanağı verir.
Yeni teknikleriyle grup, momentumundan bağımsız olarak, düşük enerjili katı partiküllerin, eşlenmiş elektronların ve deliklerin kollektif uyarımlarını ilk kez ölçmeyi başardı. Daha spesifik olarak ekip, exciton yoğunlaşma öncülünün herhangi bir materyalinde ilk gözlemini gerçekleştirdi; materyal 190 Kelvin kritik sıcaklığına yaklaşırken ortaya çıkan yumuşak bir plasmon fazı. Bu yumuşak plasmon fazı, üç boyutlu bir katıdaki eksiton yoğunlaşmasının ve excitonyum keşfi için ilk kesin kanıtıdır.
Abbamonte, "Bu sonuç, kozmik bir öneme sahip" dedi. Harvard teorik fizikçi Bert Halperin tarafından 1960'larda "eksitonyum" terimi üretildiğinden beri fizikçiler varlığını göstermeye çalıştılar. 1970'lerden bu yana birçok bilim adamı, eksitonyumun varlığına ilişkin kanıtlar yayınladı, ancak bulguları kesin delil değildi ve aynı şekilde konvansiyonel bir yapısal faz geçişiyle açıklanabilirdi "dedi.
Bu temel araştırma daha fazla kuantum mekaniksel sırrın kilidini açmak için büyük bir vaatte bulunuyor: Sonuçta, makroskopik kuantum fenomenin çalışması, kuantum mekaniği konusundaki anlayışımızı şekillendirdi. Aynı zamanda, exciton yoğunlaşmasının bir rol oynadığına inanılan bant katıları içindeki metal izolatör geçişine ışık tutabilir. Bunun ötesinde, eksitonyumun olası teknolojik uygulamaları tamamen spekülatiftir.
Bu araştırma Gordon ve Betty Moore Vakfı'nın EPiQS Girişimi'nin cömert desteği ile mümkün oldu. Yeni M-EELS aletinin geliştirilmesi, Enerji Sınır Araştırma Merkezi olan Acil Süperiletkenlik Enerji Merkezi ABD tarafından desteklendi. Sunulan sonuçlar araştırma ekibinin sonuçlarıdır ve finansman kurumlarının sonuçlarını temsil etmemektedir.
Çeviri:Celal DEMİRTAŞ
Kaynak: PHYSICS ILLINOIS
Yayınlama tarihi: 13.12.2017