Prof. Dr. Ekmel Özbay, Descartes Bilim Ödülü Kazandıran Çalışmalarını TÜBA'ya Anlattı

2005 yılında 5 ayrı araştırma grubuna verilen AB Descartes Bilim Ödülü'nü kazanan ekiplerden biri de, TÜBA Asli Üyesi- Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi Direktörü ve Fizik Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Ekmel Özbay'ın EXEL grubudur. Negatif metamalzemeleri deneysel olarak dünyada ilk üreten ve bu tür malzemelerin varlığını ispat eden Bilkent Grubu yeni bir bilimsel araştırma alanının doğmasına öncülük ediyor.

Prof. Dr. Ekmel Özbay ödülü, 2 Aralık 2005'te Londra'da düzenlenen bir törende, AB'nin Bilim ve Teknoloji Bakanı Mr Janez Potocnik'den (European Commissioner for Science and Research) aldı.

Metamalzemeler doğada bulunmayan ama üretilebilen ve ışık kırılma özellikleri negatif olan malzemelerdir. Metamalzemeler Londra Imperial College'da çalışan Prof. Sir John Pendry tarafından teorik olarak 2000 yılında ortaya atılmıştır. Daha sonra bu malzemelerin deneysel olarak varlığı, bakır tel ve yarık halka rezonatörlerinden oluşan sistem için Prof. Schultz ve ekibi tarafından 2001 yılında; dielektik fotonik kristallerde de ilk kez Prof. Dr. Ekmel Özbay ve ekibi tarafından 2003 yılında gösterilmiş ve imal edilmiştir. EXEL proje grubu Yunanistan'dan Prof. Costas Soukoulis, Türkiye'den Prof. Dr. Ekmel Özbay, İngiltere'den Prof. John B. Pendry, Almanya'dan Prof. Martin Wegener ve ABD'den Prof. David R. Smith'den oluşmaktadır.

Metamalzemelerin en önemli özelliği ışığın özelliklerinin negatif olmasıdır. Örneğin havadan gelen bir ışık demeti suya girerken belirli bir açıda kırılmaktadır. Oysa bu kırılım metamalzemeler de negatif yönde olmaktadır. Yani bu malzemelerde ışığın kırılma indisi negatiftir. Faz hızı, ışık-basıncı, Doppler etkisi, Cherenkov radyasyonu gibi bilinen tüm bu optik özelliklerde bu malzemelerde negatif olarak ortaya çıkmaktadır. Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezinde yapılan çalışmalar sonucunda dünyanın en küçük boyutlarına sahip negatif kırılma endeksli metamalzemeler üretilmiştir. Günümüzde entegre devrelerin minimum boyutlarını sınırlayan en önemli faktör, bu devreleri yapmak için kullanılan merceklerin optik olarak çözünürlüklerin yetersiz kalmasıdır. Oysa nano boyutlarda sahip nano-metamalzemeler kullanarak geleneksel merceklerden çok daha yüksek çözünürlüğe sahip süper mercekler yapmak mümkündür. Bu süper merceklerin çözünürlüğü geleneksel merceklerden 20-30 kat daha üstündür. Entegre devre yapımında süper merceklerin kullanımı ile günümüzde ancak 1 milyar transistörün sığabildiği bir alana 1 trilyon transistör sığdırmak mümkün olacaktır. Metamalzemeler vasıtası ile üretilen ve 3-10 nm boyutlarında nanotransistörlerden oluşan bu nanoelektronik entegre devreler ise günümüzdeki bilgisayarlardan binlerce kat daha hızlı ve kapasiteli yeni nesil bilgisayarların yapılmasında kullanılacaktır.

Metamalzemelerin başka bir kullanım alanı nanofotonik uygulamalardır. Bu tür aygıtlar metal ve yalıtkan malzemelerin bir araya geldiği ara yüzeyde oluşturulan ve nanometre boyutlarına sahip olan yapılardan oluşmaktadır. Bu yapılarda ışık sadece bu ara yüzeyde yer almakta ve bu bölgede ışığın dalgaboyu havadaki dalgaboyundan 20-30 kat daha kısa olabilmektedir. 10 nm seviyesine inen dalgaboylarında moleküler seviyede etkileşim veya görüntü almak mümkündür. ‘Optik-anten' adı da verilen bu yapılar ile normal yöntemler ile mümkün olmayan optik görüntüleme çözünürlüklerine erişilmektedir. Bir molekülün optiksel yöntemler ile görüntüsünün alınması yanında bu moleküle optiksel olarak erişim de sağlandığı için bu yöntemin özellikle optik temelli hafıza uygulamalarında önemli bir avantaj sağlaması beklenmektedir. Günümüzde bir DVD'nin bilgi saklama kapasitesini belirleyen yazılan ışığın dalgaboyudur. Nanoplazmonik yapılarda bu dalgaboyunun 30 kat küçüldüğü düşünülürse, bu yapıların DVD yazma ve okumada kullanılması DVD'lerin kapasitesini 1000 kat arttırabilecek ve 100 Terabyte bilginin tek bir diske yazılması mümkün olacaktır. Bu yaklaşık olarak 25,000 sinema filminin tek bir DVD'de saklanması demektir.

Negatif kırılma indeksine sahip fotonik kristaller de metamalzemelerin bir başka önemli alanını oluşturmaktadır. Bir kelebeğin veya tavus kuşunun kanatlarında yer alan renklerin temel nedeni bu yapılarda bulunan doğal olarak bulunan fotonik kristallerdir. Fotonik kristalleri nanolitografi yardımı ile yarı iletkenler kullanarak da üretmek mümkündür. Işığın dalgaboyunun onda biri inceliğinde (30-50 nm) olan bu yapılarda oluşturulan düzensizlikleri kullanarak ışık çok küçük bir alana sıkıştırılabilir. Bu yaklaşım ile dünyanın en küçük çınlaçları yani ışığı çok küçük bir hacimde sıkıştırabilen yapılar tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu yapıların boyutları bir dalgaboyu küp hacminin 30'da biri kadardır. Bu kadar küçük boyutlara inebilen bu yapıları kullanarak dünyanın en küçük lazerleri yapılmıştır. Boyutları bu kadar küçülen lazerlerden milyonlarcası aynı malzemede yapılabildiği için bu fotonik kristal lazerler çok ucuz maliyetlere sahiptir. Nanofotonik kristal temelli bu lazerlerden çıkan fotonlar yine fotonik kristaller vasıtası ile yönlendirilerek ışığın bir devrenin değişik noktalara ulaşmasını sağlayabilir. Günümüzde 4-5 GHz'de tıkanma seviyesine gelmiş silikon temelli mikroişlemcilerin en büyük sorunu transistörler arasındaki elektronik iletişimin yavaşlığıdır. Boyutları 2 cm'e varan bu entegre devrelerde bilginin elektronik olarak bir uçtan diğerine taşınması çok uzun bir süre almaktadır. Oysa hepimizin bildiği gibi evrende ışıktan hızlı bir şey olamaz. Bu durumda bu bilginin optik olarak nanofotonik kristaller vasıtası ile taşınması günümüzdeki bu sınırlamayı ortadan kaldıracak ve bilgisayarların yüzlerce kez daha hızlı çalışmasına olanak tanıyacaktır. Benzer şekilde günümüzde internetin hızını belirleyen temel olarak elektronik devrelerdir. Bu elektronik devrelerin optik devreler ile değişimi sayesinde bilgi iletme hızında yüzlerce katlık bir hızlanma olacaktır. Bu optik entegre devreleri oluşturan lazer, modülatör ve detektörlerin yapımında, ve ışığın bu devre içersinde yönlendirilmesinde nanofotonik kristaller önemli avantajlar sağlamakta ve bu tür devrelerin boyutlarının çok küçülmesini sağlamaktadır.

Bir tavus kuşunun kanatlarında bulunan renk çeşitliliği kanat üzerinde bulunan doğal nanofotonik kristallerden kaynaklanmaktadır.

Metamalzemeler ile üretilen yeni nesil DVD'lerin kapasiteleri bin kat artacaktır.

Nanoplazmonik yapılarda ışığın dalgaboyunun çok kısa olması nedeni ile moleküler seviyede optik görüntü almak mümkündür.

Nanofotonik yöntemler ile üretilen 10 nm boyutlarında nanoelektronik devreler gelecek kuşak bilgisayarların yapımında kullanılacaktır.

• ÜnerTan Sendromu Dünya Basınında

• Boğaziçi Üniversitesi "İnönü Günleri" Düzenliyor

• Moleküler Yaşambilimlerinde Doktora Derecesi İçin Standartlar

• Prof. Dr. Fuat Sezgin'e Göre, Amerika'yı, Colomb'tan Önce Müslümanlar Keşfetti

• Genç Bilim Kadınlarına Destek Bursu Kazananlar Belirlendi

• İğne Delikli Kamerayla Güneş Tutulması Gözlemi

• AkademilerArası Panel (IAP) Evrim Eğitimi Konusunda Bir Bildiri Yayımlayacak

• Bilim Dünyasının Öncelikli Gündemi, İnsanlığı Tehdit Eden Viral Pandemiler

• Birinci Dünya Bilimsel Araştırma Özgürlüğü Konferansı Roma'da Yapıldı

• Bilim İnsanı Yetiştirmenin Önündeki Engeller Kaldırılmalı

• Dünyanın En Küçük Türk Bayrağı Çizildi

ARŞİV