Ana sayfa Bilim Gündemi Biliminsanları sıradan demiroksitten üç atom kalınlığında tabakalar elde etmeyi başardı

Biliminsanları sıradan demiroksitten üç atom kalınlığında tabakalar elde etmeyi başardı

508
PAYLAŞ
Şema ilk kez Rice Üniversitesi bilimadamları ve uluslararası çalışma ekibi tarafından ince tabakalara ayrılmış olan iki boyutlu hematitte bulunan demir (mavi) ve oksijen (beyaz) atomlarının atomik düzeyde dizilimini gösteriyor. © Cristiano Woellner and Douglas Galvao/State University of Campinas, Brazil.

Çeviren: Ece Gülfem Dağdeviren

Son olarak galyumun düz bir formunun keşfedilmesinin ardından Rice Üniversitesi’ndeki biliminsanlarının önderliğindeki uluslararası bir ekip, güneş enerjisi üretiminde çığır açağına inandıkları iki boyutta başka bir malzeme daha yapmayı başardı. Rice Üniversitesi’nden malzeme bilimci Pulickel Ajayan ve çalışma arkadaşları sıradan bir demir cevherinden üç atom kalınlığında hematen çıkardılar. Araştırma 7 Mayıs 2018’de Nature Nanotechnology’de bir makale ile tanıtıldı.

Araştırmacılar hematenin özellikle suyun içindeki oksijen ve hidrojeni ayırmak için etkili bir fotokatalizör olabileceği gibi, aynı zamanda spintronik temelli cihazlar için de ultra ince manyetik malzeme olarak kullanılabileceğini düşünüyorlar.

Arajan, “İki boyutlu manyetizma, bu tarz materyallerin sentezlenmesindeki son gelişmelerle birlikte son derece ilgi çekici bir alan haline geliyor. Ancak, sentez teknikleri karmaşık ve kararlı malzemeler de sınırlı. Burada, basit ve ölçeklendirilebilir bir yönteme sahibiz ve hematen yapısının çevresel olarak kararlı olması gerekiyor” dedi.

Arajan’in laboratuvarı, Houston Universitesi, Hindistan, Brezilya ve diger yerlerdeki araştırmacılar ile birlikte sonikasyon, santrifüj ve vakum destekli filtrasyonun bir arada kullanılması ile doğal olarak oluşan hermatit maddesini ince tabakalar halinde elde etmeye çalıştı.

Araştırmalar, hermatitin fotokatalitik özelliklere sahip olduğunu halihazırda bildiklerini ama kullanışlı olabilecek kadar iyi olmadığını söylediler.

Çalışmanın yazarlarından Houston Üniversitesi’nden Dr. Oomman Varghese, “Bir maddenin verimli bir fotokatalitik olması için elektromanyetik tayfın görünür bölgesine denk gelen güneş ışınlarını soğurup elektriksel yükler üretmesi ve bu yükleri reaksiyonun gerçekleşmesi için maddenin yüzeyine iletmesi gerekir.” diyor.

Rice Üniversitesi liderliğindeki ekip tarafından oluşturulan hematen, ilk iki boyutlu van der Waals olmayan malzemedir. Elektron teleskobu ile alınan görüntüde tek bir hematen tabakası görülmektedir. Beyaz renkteki ölçek 0.5 mikrona eşdeğerdir. © Shyam Sinha and Peter van Aken/ Max Planck Katıhal Araştırma Enstitüsü, Stuttgard, Almanya.

Dr. Varghese ayrıca “Hematit ultraviyole bölgeden sarı-turuncu ışığın olduğu bölgeye kadar (yani, görünür ışık) gelen güneş ışınlarını soğurur ancak, üretilen yükler çok kısa ömürlüdür. Bunun bir sonucu olarak da, yüzeye ulaşmadan çoktan yok olmuş olurlar” diye ekliyor.
Araştırmacılar, fotonların en fazla birkaç atomun yüzeyinde negatif ve pozitif yükler oluşturduğu için hematen fotokatalizin daha verimli olduğunu düşünmekteler. Biliminsanları, yeni materyali elektronların hematenden kopması için daha kolay bir yol sağlayan titanyumdioksit nanotüp dizileri ile eşleştirerek daha fazla görünür ışığın soğrulabilmesini sağladılar.

Araştırmacılar ayrıca, keşfedilen bu hematenin manyetik özelliklerinin hematitten farklı olduğunu da keşfettiler. Doğal hematit antiferromanyetik özelliğe sahipken, testler hematenin tıpkı her yerde bulabileceğimiz bir mıknatıs gibi ferromanyetik özelliğe sahip olduğunu gösterdi. Ferromanyetik özelliklere sahip olan materyallerin manyetik momentleri aynı yönde olurken, antiferromanyetik materyallerde komşu atomların manyetik momentleri farklı yönlerde olur.

Karbon ve karbonun iki boyuttaki hali olan grafenden farklı olarak hematit, van der Waals olmayan bir malzeme türüdür. Yani, kimyasal olmayan ve görece daha zayıf olan atomik van der Waals etkileşimleri yerine üç boyutlu ağ örgülerinin birbirleri ile birleştirilerek bir araya getirilmesi ile oluşur.

Rice Üniversitesi ve uluslararası çalışma arkadaşları tarafından sıradan bir demir cevheri olan hematitten ince tabakalar halinde elde edilmiş, iki tabakalı ve tek tabakalı hemateninin elektron miktoskobu ile alınmış bir görüntüsü. Malzeme, gelişmiş güneş enerjisi üretiminde katalizör olarak ve spintronik uygulamalarda gelecek vaat ediyor. Gri renkli ölçek 50 nanometreye eşdeğerdir. © Ajayan Research Group/Rice Üniversitesi

Hindistan Cochin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Prof. Dr. Anantharaman Malie Madom Ramaswamy Iyer “Bugüne dek, çoğu iki boyutlu materyal doğada katmanlı ve genel adı ile van der Waals katıları adı verilen, eşdeğer yığınlardan elde ediliyordu. Çok katmanlı malzemelerden üç boyutlu ağ örgüleri ile birleştirilebilen iki boyutlu malzemeler çok nadirdir ve bu bağlamda hematen çok büyük bir öneme sahiptir” diye belirtti.

Makalenin yazarlarından, Hindistan, Gandhinagar’da bulunan Hindistan Teknoloji ve Bilim Enstitüsü’nde görev yapan Dr. Chandra Sekhar Tiwary’e göre, çalışma arkadaşları iki boyutlu olabilme potansiyellerinden dolayı diğer van der Waals olmayan materyaller üzerinde çalışıyorlar.