Grafin modern dünyanın bir mucizesi gibi görünüyor olabilir ama aslında grafit olarak bulunur yüzyıllardır yeryüzünde. Grafin birbirine bağlı, sadece bir atom genişliğinde karbon atomlarından oluşan bir tabakadır. Grafit ise bu tabakaların birbiri üzerinde toplanmış halidir. Fakat zeki bir araştırmacı vaktiyle grafin üzerinde çalışma yapmak için, bu yığından tek bir tabakayı sıyırıp alma yöntemi keşfetmişti (ki daha sonra da bu yöntemle bantlar üretilmeye başlandı.
O tarihten bu yana sadece bir kaç atom kalınlığında tabakalar oluşturan başka kimyasallar da tanımlandı. Bu kimyasallar farklı özelliklere sahipler. Bunlardan yarı iletken özelliğe sahip olanlar, elektronik cihaz üretiminde kullanılmak üzere grafin ile bir araya getirildiler. Atomik seviyede inceliğe sahip materyallerin beraberinde getirdikleri avantaja dayalı olarak yapılabilecek cihaz yelpazesini genişletmek için bu tip kimyasallardan daha fazlasını elde etmek, oldukça kullanışlı olabilirdi.
Litvanya ve İsviçre'den araştırmacıların oluşturduğu bir ekip, işte bu işi başarmış görünüyor. Ekibin bulduğu grafit benzeri materyal, atomik olarak birbiri içerisinde saklı ince katmanlardan oluşan bir yığından ibaret.
Yapılan bu çalışma, büyük oranda diğer bilim insanlarının açık kaynaklı olarak paylaştıkları verilere dayanıyor. Yüksek oranda kimyasalın kristal yapısını barındıran büyük bir veri tabanlarından oluşuyor bu bilgiler. Örneğin İnorganik Kristal Yapı Veritabanı, yaklaşık 100.000 adet benzersiz kristal yapıların bilgisini bulunduruyor bünyesinde. Tüm bu yapılar, bir materyalin atomlarının üç boyutlu uzayda nasıl sıralandıklarına dair detaylar sunuyorlar. Tüm bu materyallerin neredeyse hepsi, materyalin kenarlarına kadar her önde genişleyen, tekrarlı atom şablonlarından oluşan, üç boyutlu bir biçime sahipler.
Tipik veritabanı araştırmasından farklı bir araştırma
Çalışmayı yürüten araştırmacılar, grafit gibi bir şeyin yapıları arasında araştırma yapabilecek bir bilgisayar kodu geliştirmişler. Grafit, her bir katmanda yer alan karbon atomları arasında güçlü kimyasal bağlara sahiptir. Fakat bu katmanlar, van der Waals gücü adı verilen oldukça zayıf bir elektrostatik etkileşimle bir arada kalırlar. Van der Waals bağları materyali bir çok durumda bir arada tutmak için yeterli olmakla birlikte, her bir katmanın grafit yığınından soyulup alınmasına izin verecek kadar da zayıftır.
Bu nedenle araştırmanın yeni yazılımı da benzer bir şey için arama yapmış: Bir düzlem üzerindeki güçlü kimyasal bağlar ve bu düzleme dik bir yüzey üzerinde yer alan oldukça zayıf, kimyasal olmayan etkileşim. Bu yöntemle işler büyük oranda basite indirgenerek, araştırılacak kimyasal sayısını yaklaşık 5.500 çeşide kadar düşürmüş. Daha sonra materyal içerisindeki birbirine bitişik tabakalar arasındaki çekimin gücünü hesaplamak için başka bir yazılım kullanan ekip, bu çekimin çok güçlü olması halinde sökülüp alınmak istenecek olan katmanın kırılması gerektiği teorisine ulaşmış. Bu yöntemle araştırmadaki kimyasal sayısı yine büyük oranda indirgenmiş ama, geride incelenmesi gereken 1.800 çeşit kimyasal kalmış.
Bir çok durumda bu materyaller atomların konumları ve aralarındaki kimyasal bağlar itibariyle, yapısal anlamda birbiriyle benzerlik taşıyormuş. Örneğin molibden disülfat, atomsal ölçüde ince bir materyal örneği olmakla birliikte, çalışmayı yürüten araştırmacılar benzer yapıyı oluşturan 13 ekstra kimyasal tanımlamışlar. Diğer bir yapının ise, kadmiyum di-indid adlı kimyasal örneğinde olduğu gibi 65 farklı kimyasal arasında benzerlik taşıdığı tespit edilmiş. Bu tabakaların bir çoğu davranış itibariyle benzer olarak ortaya çıkmakla birlikte, içerdikleri farklı atomlar bazıalarının oldukça farklı şekilde ortaya çıkması ihtimalini arttırıyor. Bununla birlikte bu yapıların bir kaçı ise daha önce hiç tarif edilmemiş.
Elektron Takibi
Mevcut kimyasallar listesine ne tip materyal çeşidi ekleyebileceğimizi ortaya koymak için araştırmacılar, 258 adet daha az karmaşık yapıya sahip kimyasallarda yer alan elektronların ne yapıyor olabilecekleriyle ilgili hesaplamalar yapmışlar. Her ne kadar temel ve iletim halleri arasındaki potansiyel varkı sıfır ile 1.5 electronVolt arasında değişse de, bunların bir çoğunun (166 tanesi) yarıiletkenler oldukları ortaya çıkmış. 92 adet materyalin ise metalik oldukları görülmüş. 56 adetten oluşan diğer bir grubun sıradışı manyetik özellikler taşıdıkları, bir kaçınınsa yarımetaller gibi elektronun dönmesine bağlı davranışlar sergiledikleri tespit edilmiş.
Gelinen aşamada bu materyallerden kaçından atomik ölçeklerde tabaka üretiminin kolaylıkla yapılabileceği henüz net değil. Fakat, orijinal koleksiyonun sadece yüzde 10 bile işe yarayacak olursa, büyük bir mesafe kaydedeceğimizi söyleyebiliriz. Bu koleksiyonda yer alan materyallerin özellik farklarının yüksek olması, özel uygulamalar için uygun olacak bir tanesinin seçilebilme ihtimalini arttırıyor.
Buna ek olarak bu atomik incelikte materyallerin tabaka haline getirilmesi imkanını da gündeme getiriyor bu çalışma. Çok ince oldukları için bir tabakayı diğerinin üzerine koymak, atomların birbirlerine göre dizilim şekline bağlı olarak her ikisinin de özelliklerini değiştirecektir. Materyal sayısının çokluğu, bu sıralamanın düzenlenme ihtimalini de aynı oranda arttırma potansiyeline sahip. Her ne kadar bu araştırma daha çok özenle yapılmış bir veri tabanı araştırması olsa da, araştırmacıların tanımladıkları materyaller üzerinde test yapmaya başlamaları halinde ne gibi sonuçların elde edileceğini görmek için sabırsızlanıyoruz.
