Yeni teknolojilere nanoşeritler güç verecek

Birmingham Üniversitesi'ndeki bilim insanları, yeni nesil elektronik materyallerin temelini oluşturacak, sadece birkaç atom genişliğinde "nanoribbonlar" (nanoşeritler) oluşturmayı başardı.
 
Teknoloji küçülmeye devam ettikçe, geleneksel silikon bazlı bileşenler fiziksel sınırlarına ulaşıyor. Geleceğin cihazları; verileri daha hızlı işlemek, daha az enerji tüketmek ve kuantum mekaniği ilkelerine göre çalışmak için moleküler düzeyde inşa edilen bileşenlere ihtiyaç duyacak. Ancak bu kadar küçük ölçekte malzeme üretmek son derece zor. En küçük bir kusur bile tüm yapının işlevini bozabilir.
 
Birmingham Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, "yüzey destekli sentez" (surface-supported synthesis) adı verilen bir teknik kullanarak bu sorunun üstesinden geldi.  Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmaya göre bilim insanları doğadaki en küçük yapı taşları olan atomları ve molekülleri tıpkı birer lego parçası gibi kullanarak, sadece birkaç nanometre (metrenin milyarda biri) uzunluğunda, hatasız nanoşeritler (nanoribbonlar) oluşturdu. Bu durum kuantum bilişim ve yeni nesil elektronik cihazların geliştirilmesinde devrim yaratabilecek bir gelişme olarak görülüyor.
 
Bilim insanları bu nanoşeritleri (nanoribbonları) dışarıdan bir makineyle kesip biçerek değil, "kendi kendini inşa eden" bir sistemle yaptı. Önce, nihai zinciri oluşturacak olan temel moleküller laboratuvarda özel olarak tasarlandı. Bu moleküler parçalar, atomik düzeyde pürüzsüz olan gümüş bir yüzey üzerine bırakıldı. Gümüş, moleküllerin doğru şekilde hizalanmasına yardımcı olan bir "rehber" veya "mıknatıslı bir tabla" işlevi gördü. Gümüş yüzey üzerindeki moleküller, ortamdaki ısı ve yüzeyin etkisiyle hareket etmeye başladı. Moleküllerin uçlarındaki "yapışkan" kısımlar birbirini bulduğunda, atomik düzeyde kusursuz bir kilitlenme gerçekleşti. Moleküller yan yana dizildikten sonra, genellikle belirli bir sıcaklığa kadar ısıtıldı. Bu ısı, moleküller arasındaki bağların "kaynak yapılmış gibi" güçlenmesini sağladı. Sonuçta, gümüş yüzeyin üzerinde atomik olarak düzgün, kopması zor ve hatasız bir nanoşerit oluşturuldu.
 
Zincirlerin hatasız yapısı, elektronların enerji kaybetmeden veya dağılmadan boyunca hareket etmesine izin veriyor. Bu da onların kuantum bilgi işleminde "kablo" olarak kullanılmasını sağlıyor. Araştırma ekibi, bu tekniğin farklı özelliklere sahip çok çeşitli moleküler yapılar oluşturmak için ölçeklendirilebileceğini gösterdi. Bu, bilim insanlarının artık belirli elektronik veya optik görevleri yerine getirmek için "ısmarlama" nano-malzemeler tasarlayabileceği anlamına geliyor.
 
Birmingham Üniversitesi Kimya Fakültesi'nden Dr. Shadi Fatayer şunları söyledi: "Bu moleküler zincirlerin yapısını atomik düzeyde kontrol edebilme yeteneği, teknoloji için yeni olanaklar yaratıyor. Bu zincirlerin elektrik akımını nasıl ilettiğini veya ışıkla nasıl etkileşime girdiğini tam olarak belirleyebiliriz; bu da onları geleceğin nano-elektronik cihazları için inanılmaz derecede çok yönlü hale getiriyor. Bu teknik sayesinde zincirlerin ışıkla olan etkileşimi (yani ışığı nasıl soğurduğu, yansıttığı veya ilettiği) en baştan tasarlanabiliyor."
 
Birmingham Üniversitesi ekibi, şimdi bu zincirleri daha karmaşık devrelere entegre etme ve gerçek dünya koşullarında nasıl performans gösterdiklerini test etme üzerinde çalışıyor.
 
Gelecekteki etkileri
 
Mühendislik ve Fiziksel Bilimler Araştırma Konseyi (EPSRC) tarafından desteklenen  çalışmanın gelecekteki teknolojilerin temel taşı olabileceği belirtiliyor. Nanoşeritler ultra hızlı bilgisayarlardan yüksek verimli güneş panellerine ve gelişmiş tıbbi sensörlere kadar birçok farklı alanda kullanılabilecek. Bu sayede bilgisayarlar verileri  çok daha dar alanlarda, çok daha hızlı işleyebilecek.  Cihazlar çalışırken çok daha az ısı üretecek ve pil ömürleri inanılmaz derecede uzayacak. Yapay zekâ algoritmalarını işlemek için gereken devasa güç, bu minik devrelerle sağlanacak. Vücut içinde çalışabilecek kadar küçük, akıllı sensörlerin yapımı kolaylaşacak.  Güneş panelleri, ışığı yakalayıp enerjiye dönüştürdüğü için bu nanoşeritlerin optik hassasiyeti doğrudan bu teknolojinin verimliliğini artırmak için kullanılabilecek.