Konuşmacılar
Açıklama
Kuantum kavramı hemen her alana sözel olarak girmiş ve hali ile birçok yanlış kanıyı da beraberinde getirmiştir. Genel olarak yaygın olan bilgi, kuantum mekaniğinin uygulanabileceği sistemlerin neredeyse atomik ölçekte (hatta elektron ölçeğinde) küçük sistemler olmasının gerekliliğidir. Bu sunumda kuantum etkilerin klasik ölçekte de etkin olarak gözlemlenebileceği bir örnekle anlatılacaktır. Elektronikten mekaniğe oradan malzeme mühendisliğine pek çok alanın birlikte çalışarak ortaya çıkardığı bilgi birikimlerinin fiziğe geri dönüşü sayesinde günümüzde son derece hassas, hatta tek elektrona kadar hassas, elektromekanik sistemler üretilebilmektedir. Bu sunumda verilecek örnek vasıtası ile kuantum mekanik sistemler üzerinde “gerçekten” çalışılabilmesi için ne gibi alt yapıların var olmasına, ne tür malzemelerin geliştirilmesinin gerektiğine işaret edilecektir.
Bahsi geçen deneysel teknolojik alt yapıların ve bilgi birikiminin kuantum malzemeler olarak da adlandırılabilecek bir takım egzotik malzemeler üzerindeki araştırmalara uygulanabilmesi sayesinde, bu malzemelerde var olması beklenen ancak ölçülebilmesinin çok da mümkün olmadığı düşünülen fiziksel etkileşimler ölçülebilmektedir. Örneğin kuantum mekanik bir etkinin klasik mekanik bir sistemde oluşturacağı enerji kayıplarının çok düşük ve ölçülemeyecek derecede küçük olduğu düşünülebilir. Haliyle kuantum mekanik enerji kayıpları klasik sistemlerde çok incelenmiş bir alan değildir. Günlük hayatta bildiğimiz en tipik enerji kaybı “Joule Isınması” mekanizması olarak geçer (bir iletkenin içinden geçen akım ve iletkenin direnci sebebi ile metalin ısınması gibi). Yaptığımız çalışmalarda Bi2Te3 kristallerinde Joule enerji kayıp mekanizmaları yerine daha egzotik kayıpların ortaya çıkabildiğini gözlemledik. Sarkaç geometrisinde çalıştırılan bir atomik kuvvet mikroskobu iğnesi ile kristal yüzeyleri arasındaki vakum bölgesinde yer alan görüntü potansiyeli durumlarına (image potential states) tünelleyen tek elektronların mekanik enerji kayıplarına sebep olduğunu gözlemleyebildik. Bu kristal yüzeylerinde bulunan “topolojik olarak korunan” yüzey elektron durumlarının manyetik alan altında yok olması ile kayıp mekanizmalarının kuantum mekanizmalardan klasik mekanizmalara geçiş yapabildiğini gösterebildik. Bu sayede kuantum tünelleme olayının klasik bir salıncağın mekanik enerji kaybına yol açabileceğini göstererek klasik ve kuantum uzay arasında düşünüldüğünden çok daha ince bir bariyer olduğunu da göstermiş olduk. Bu da klasik salıncakların kuantum mekanik sistemlere çiftlenebileceği cihazların gerçekte üretilebileceğine bir örnek olarak gösterilmektedir.
Enteresan kuantum özellikler gösteren malzemelerin en başında geleni ise grafittir. Grafitin tek katmanlı hali “grafen” geçtiğimiz 15 senede her türlü beklenmedik derecede ilgiyi çekmiş ve artık takip edilemeyecek hale gelmiş bir literatür ortaya çıkartmıştır. Son zamanlarda da (aslında çok uzun süredir beklenen) bir özellik yeniden ilgi odağı olmuş ve laboratuvar ortamında grafitin süper iletken özellikler sergileyebileceği gösterilmiştir. Grafen katmanları ile elde edilen iki ve daha çok katmanlı sistemlerin ortaya koyduğu egzotik süper iletkenliğin çalışılabilmesi için kontrollü çok katmanlı grafen sistemlerinin üretilmesi gereklidir. Bu konuşmada birbirine göre döndürülmüş iki katlı grafen sistemlerinin kontrollü bir biçimde nasıl elde edilebileceği yönündeki çalışmalarımızdan da özetle bahsedilecektir.
Son olarak temel teori ve malzeme bilgisinin gerçek kuantum cihazlara (örneğin kuantum bilgisayarlara) evrilebilmesi, için gerekli alt yapı ve kuantum metrolojisinin bu yönde bizlere nasıl destek olabileceği ve Türkiye’de bu yönde yürütülen çaba hakkında bilgi verilecektir: Kısaca ölçüm bilimi olarak tanımlanabilecek olan metroloji, son yıllarda yüksek bir ivme kazanmış olan kuantum teknolojilerinin ve kuantum aygıtların hayatımıza pratik etkilerinin artması üzerine, bu teknolojiler çerçevesindeki kuantum standartların gerçekleştirilebilmesi ve metrolojik izlenebilirlik zincirinin oluşturulması amacıyla klasik metrolojinin ötesine geçerek, kuantum metrolojiye doğru evrimleşmeye başlamıştır. Teknolojinin ilerlemesi ile ortaya çıkan bu ihtiyaca cevap verebilmek dünyadaki gelişmelerin gerisinde kalmamızı engellemek için TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) bünyesinde Kuantum Metroloji Laboratuvarının kurulumuna başlanmıştır.
Konuşmacı: Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümünden 1999 yılında mezun oldu; 2004 yılında Hollanda’nın Twente Üniversitesinde doktorasını tamamladı ve 2004-2008 yılları arasında Stuttgart’ta bulunan Max Planck Katıhal Araştırma enstitüsüne doktora sonra araştırmalar yaptı; 2016-2020 yılları arasında ETH-Zürich’de çalışmalar yürüttü. 2008 yılından bu yana İstanbul Teknik Üniversitesinde öğretim görevlisi ve 2019 yılından bu yana da eş zamanlı olarak TÜBİTAK-UME’de kurulmakta olan Kuantum Metroloji Laboratuvarında araştırmacı olarak çalışmaktadır. Yüzey ve ara yüzey fiziği, taramalı uç mikroskopisi (geliştirilmesi ve malzeme fiziğine uygulanması), iki boyutlu malzemeler gibi alanlarda projeler ve temel bilimsel araştırma faaliyetleri yürütmektedir.