İnce Satırlar
Liste Modu
Döşeme Modu
Sade Döşeme Modu
Blog Modu
IBM öncülüğünde gerçekleştirilen çalışma, Manchester, Oxford, ETH Zürih, EPFL ve Regensburg üniversitelerinden araştırmacıların katkısıyla yürütüldü. Ekip, atomların tek tek manipüle edilmesiyle oluşturulan molekülde kimyada daha önce deneysel olarak doğrulanmamış bir elektronik topoloji gözlemledi.
Araştırmacılara göre bu tür bir yapı daha önce ne sentezlenmiş ne de deneysel olarak gözlemlenmişti. Hatta literatürde açık biçimde öngörülmüş bir örneği de bulunmuyordu. Molekülün bu sıra dışı davranışını doğrulamak için ise klasik bilgisayarların ötesine geçen bir teknolojiye, kuantum bilgisayarlara ihtiyaç duyuldu.
Möbius şeridinden ilham alan moleküler tasarım
Araştırmanın ilham kaynaklarından biri matematik ve fizik dünyasında iyi bilinen Möbius şeridi oldu. Bir şeridin uçlarından biri 180 derece çevrilerek diğer uçla birleştirildiğinde elde edilen bu yapı, tek yüzeye sahip olmasıyla biliniyor. Kavram, 18. yüzyılda Alman matematikçi August Ferdinand Möbius tarafından tanımlanmıştı.
Bu topoloji nedeniyle molekül içindeki elektronların davranışı da alışılmışın dışına çıkıyor. Teorik olarak bir parçacık molekülün etrafında ilerlediğinde başlangıç noktasına aynı fazda dönebilmek için dört tur atmak zorunda kalıyor. Klasik Möbius şeridinde ise bu dönüş iki turda gerçekleşiyor. Google Drive logosu klasik Möbius şeridine örnektir.
Atom atom inşa edilen molekül
Araştırmacılar yeni molekülü oluşturmak için 13 karbon ve iki klor atomundan oluşan bir halka yapı kurdu. Karbon atomlarından ikisi halkanın karşılıklı noktalarında klor atomlarına bağlanırken, geri kalan 11 karbon atomu doğrudan birbirine bağlanarak zinciri oluşturdu.
Molekül, son derece düşük sıcaklıklarda ve ultra yüksek vakum ortamında ince bir altın yüzeyi üzerinde atom atom inşa edildi. Araştırmacılar atomları kontrol etmek ve molekülün elektronik özelliklerini incelemek için atomik kuvvet mikroskobu ile taramalı tünelleme mikroskobu kullandı.
Bu tür moleküler yapılarda elektronlar belirli atomlara sıkı biçimde bağlı kalmak yerine atomların çevresinde dalga benzeri bölgelerde yayılıyor. Elektronların bu etkileşimleri, molekülde daha önce görülmemiş olan bükülmüş elektronik topolojinin ortaya çıkmasına neden oldu.
Elektronik topoloji değiştirilebiliyor
Bu durum, topolojik özelliklerin doğada yalnızca keşfedilen bir fenomen olmadığını, laboratuvar ortamında bilinçli şekilde tasarlanıp kontrol edilebileceğini gösteriyor. Malzeme bilimi açısından bu gelişme, yeni nesil elektronik ve fonksiyonel materyaller için önemli bir araştırma alanının kapısını aralayabilir.
Manchester Üniversitesi’nden teorik kimyager Igor Roncevic’e göre keşfin önemi yalnızca sıra dışı bir molekül üretmekle sınırlı değil. Araştırmacı, “Bu molekül çok yeni ve çok beklenmedik. İlgi çekici olan sadece alışılmadık bir topolojiye sahip bir molekül oluşturmuş olmamız değil, aynı zamanda bu topolojinin mümkün olduğunu da göstermiş olmamızdır. Kimse bunu gerçekten düşünmemişti.” diyor.
Kuantum bilgisayarlar kritik rol oynadı
Araştırmada kuantum bilgisayarlar yalnızca destekleyici bir araç değil, kritik bir analiz platformu olarak kullanıldı. Bunun nedeni C13Cl2 molekülündeki elektronların birbirleriyle güçlü biçimde kuantum dolanıklık içinde etkileşime girmesi.
Bu tür sistemleri modellemek için elektronların birbirleriyle olası tüm etkileşimlerinin aynı anda hesaplanması gerekiyor. Bu da klasik bilgisayarlar için üstel şekilde artan hesaplama yükü anlamına geliyor. Yaklaşık 10 yıl önce klasik bilgisayarlarla yalnızca 16 elektronluk sistemler tam doğrulukla modellenebilirken, günümüzde bu sınır 18 elektrona kadar çıkmış durumda.
Araştırma ekibi ise IBM’in kuantum bilgisayarını kullanarak 32 elektronluk bir sistemi inceleyebildi. Kuantum bilgisayarlar, elektronların davranışını yaklaşık yöntemlerle hesaplamak yerine kuantum mekaniğinin aynı yasalarına göre doğrudan temsil edebiliyor.
Bu sayede araştırmacılar, yarım Möbius topolojisinin karakteristik işaretlerini gözlemlemeyi başardı. Analizler ayrıca bu olağanüstü yapının arkasındaki mekanizmanın sarmal psödo-Jahn-Teller etkisi olduğunu ortaya koydu.
Çalışma, IBM’in “kuantum merkezli süper hesaplama” olarak adlandırdığı yeni bir hesaplama yaklaşımını da gözler önüne seriyor. Bu modelde kuantum işlem birimleri (QPU), klasik işlemciler (CPU) ve grafik işlemciler (GPU) birlikte çalışıyor.
Karmaşık problemler küçük parçalara ayrılıyor ve her parça en uygun donanıma yönlendirilerek çözülüyor. Araştırmacılar, bu yöntemin yalnızca teknolojik gösteriler için değil, gerçek bilimsel keşifler üretmek için de kullanılabileceğini vurguluyor.
Öte yandan IBM’in bu alandaki çalışmaları uzun bir geçmişe dayanıyor. Yeni molekülün görüntülenmesinde kullanılan taramalı tünelleme mikroskobu, 1981 yılında IBM’de geliştirildi. Bu buluş, bilim insanları Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer’a 1986 Nobel Fizik Ödülü kazandırmıştı.
Şirket ayrıca 1989 yılında tek tek atomları güvenilir biçimde manipüle etmeye yönelik ilk yöntemi geliştirdi. Bu teknikler yıllar içinde geliştirilerek günümüzdeki atomik düzeyde molekül mühendisliğinin temelini oluşturdu.
Kaynakça https://research.ibm.com/blog/half-mobius-molecule https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea3321 https://www.newscientist.com/article/2518188-mobius-strip-like-molecule-has-an-entirely-new-and-bizarre-shape/ Bu haberi ve diğer DH içeriklerini, gelişmiş mobil uygulamamızı kullanarak görüntüleyin:
