by Malzemeler, sadece bir atom kalınlığına kadar inceltildiğinde, alışılmışın dışında davranışlar sergileyebiliyor. Teksas Üniversitesi Austin kampüsünden fizikçiler önderliğinde gerçekleştirilen yeni bir araştırma, Nature Materials dergisinde yayınlandı. Çalışmada, atomik düzeyde ultra ince bir malzeme içinde sıra dışı manyetik evrelerin ardı ardına ortaya çıktığı gözlemlendi. Bu deneyler, 1970’lerde ortaya atılan iki boyutlu manyetizma teorisini ilk kez laboratuvarda tam anlamıyla doğruladı. Araştırmacılar, bu keşfin, çok küçük ölçeklerde manyetizmanın kontrolüne dayanan teknolojilerin gelişimine kapı aralayabileceğini belirtiyor.
Araştırmanın merkezinde, nickel fosfor trisülfür (NiPS3) adlı malzeme yer aldı. Bu malzeme, yalnızca bir atom kalınlığında hazırlanarak ultra düşük sıcaklıklara, yani -150 ile -130 santigrat derece arasına soğutuldu. Bu sıcaklık aralığında, malzeme, Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) adlı özel bir manyetik faza girdi. BKT fazı, manyetik moment adı verilen atomların manyetik yönelimlerinin, karşıt yönlerde dönen “vorteks” denilen girdaplar oluşturduğu bir evreyi ifade ediyor. Bu manyetik vorteks çiftleri, birbiriyle sıkıca bağlı durumda dönerek sıra dışı ve kararlı yapılar sunuyor.
BKT fazına isim veren Vadim Berezinskii ile Nobel ödüllü J. Michael Kosterlitz ve David Thouless, bu tür faz geçişlerini teorik olarak açıklamıştı ve 2016 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü almışlardı. Teksas Üniversitesi’nden çalışmanın lideri Edoardo Baldini, vortekslerin nanometre ölçeğinde olağanüstü dayanıklı ve sadece tek atom kalınlığında yer aldığını vurguluyor. Bu özellikleriyle manyetik vorteksler, nanoskopik ölçekte manyetizmayı kontrol etmek ve iki boyutlu sistemlerde temel topolojik fizik olaylarını anlamak için yeni kapılar açıyor.
Araştırmanın devamında, sıcaklık daha da düşürüldüğünde NiPS3 malzemesi, altı duraklı saat modeline (six-state clock ordered phase) karşılık gelen ikinci manyetik faza geçti. Bu yeni fazda manyetik momentler, simetrik olarak altı farklı yönden birinde hizalanıyor. Bu gözlem, 1970’lerde geliştirilen ve iki boyutlu altı duraklı saat modelini tanımlayan teoriyi deneysel olarak tam anlamıyla onaylıyor.
Baldini, bu aşamada yapılan çalışmanın, teoride öngörülen manyetik faz geçişlerinin tamamını tek bir sistemde gösterdiğini söylüyor. Ayrıca, bu deney, saf iki boyutlu manyetik malzemelerde nanometre ölçeğinde manyetik vortekslerin doğal olarak ortaya çıkma koşullarını netleştiriyor.
Bilim insanları, şimdilerde bu manyetik fazları daha yüksek sıcaklıklarda nasıl stabilize edebileceklerini araştırıyor. Hedef, bu tür manyetik özelliklere sahip malzemeleri oda sıcaklığına daha yakın sıcaklıklarda çalıştırarak, pratik uygulamalara yol açacak teknolojiler geliştirmek. Bu ilk deney, bu uzun vadeli çabanın önemli bir başlangıcı olarak görülüyor.
Yeni bulgular ayrıca, şu ana kadar keşfedilmemiş benzeri manyetik fazların birçok iki boyutlu malzemede bulunabileceğini düşündürüyor. Bu da, temel fizik alanında yeni keşiflere ve geleceğin nanoelektronik cihazlarına öncülük edebilecek gelişmelere kapı açabilir.
Araştırma, Teksas Üniversitesi’nin Malzeme Dinamikleri ve Kontrol Merkezi ile Ulusal Bilim Vakfı (NSF) gibi önemli kuruluşlar tarafından desteklendi. Proje ekibinde Baldini’nin yanı sıra Allan MacDonald, Xiaoqin “Elaine” Li, Frank Y. Gao gibi önde gelen fizikçiler yer aldı. Ayrıca Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT), Academia Sinica ve Utah Üniversitesi’nden bilim insanları da katkıda bulundu.
Bu çalışma, incecik malzemelerde manyetizmanın gizemlerini çözerken, nanoölçekli manyetik teknolojiler için heyecan verici bir yol haritası çizdi. Gelecekte, bu tür ultra ince katmanlar sayesinde daha küçük, daha hızlı ve daha güçlü elektronik cihazlarla karşılaşmamız mümkün olabilir.
📎 Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260306224223.htm
