2025 yılında, Hollandalı bir bilim insanı ekibi, kuantum teknolojisinde önemli bir atılım gerçekleştirerek, hacimli mıknatıslar olmadan çalışan ve oda sıcaklığında faaliyet gösteren ultra ince cihazlar geliştirdi. Bu keşif, kompakt, hızlı ve enerji verimli teknolojiler yaratmak için yeni ufuklar açıyor.
Nature Communications'da yayınlanan araştırma, harici bir manyetik alana ihtiyaç duymadan grafende kuantum spin Hall (QSH) etkisinin varlığını doğruladı. Elektronların spin olarak bilinen kuantum mekanik özelliği ile ilgili olan bu etki, spintronik cihazlar kullanılarak bilginin iletilmesini ve işlenmesini sağlar.
Deneyler sırasında bilim insanları, antiferromanyetik bir malzeme olan CrPS₄ ile katmanlandırılmış manyetik grafen kullandılar. Bu kombinasyon, grafenin iç özelliklerini değiştirerek, topolojik olarak korunan kenar durumlarının oluşumu için kritik öneme sahip spin-yörünge ve değişim etkileşimlerine yol açtı. Bu durumlar, elektronların malzemenin kenarları boyunca direnç olmadan hareket etmesini sağlar, spinleri zıt yönlerde hizalanır – bu kuantum spin Hall etkisidir.
Bu tür cihazların oluşturulması daha önce önemli zorluklarla karşı karşıyaydı, çünkü elektron spinini kontrol etmek güçlü manyetik alanlar ve son derece düşük sıcaklıklar gerektiriyordu. Ancak, yeni araştırma, manyetik özelliklerin, antiferromanyetik CrPS₄ ile yakınlık etkisi kullanılarak, malzeme içinde dahili olarak oluşturulabileceğini göstermiştir. Araştırmacılar ayrıca, kararlı spin durumlarını oda sıcaklığında bile gözlemleyebilme yeteneğinin, teknolojiyi gerçek dünya uygulamaları için daha pratik hale getirdiğini belirtmişlerdir.
Bu atılım, on yıl önce yapılan teorik tahminleri doğrulamakta ve grafenin, belirli koşullar altında, kararlı kuantum spin durumlarını destekleyebileceğini göstermektedir. Araştırmacılardan biri, harici manyetik alanlar kullanmadan kuantum spin kübitleri oluşturabilme yeteneğinin, spintronik ve topolojik fizik için yeni fırsatlar yarattığını vurguladı.
Kuantum spin Hall etkisi, bir iletkendeki elektronların, akıma dik bir manyetik alana maruz kaldıklarında, zıt kenarlarda farklı potansiyeller (Hall voltajı) deneyimlediği bir olgudur. Bu keşif, gelecekte spintronik cihazlar için yeni umutlar vaat ediyor.