Doğada bulunan her madde elektriğe karşı farklı dirençler gösterir. Atomların ve moleküllerin türüne ve dizilişine göre değişen bu direnç miktarı, elektriğin ne kadar hızlı ya da yavaş iletileceğini de belirler. Direnci en düşük olan maddeleri de elektronik devrelerde kullanırız. Bakır ve altın ise elektriğe karşı en az direnç gösteren, yani en kolay ileten iki maddedir.
Bilim insanlarının hayali ise elektriği dirençsiz bir şekilde iletmek. Bu hayal oldukça ütopik görünse de yapılan son araştırmalara göre mümkün. Süperiletken dediğimiz özel malzemeler standartlaştığında elektriğe dair pek çok şeyin tanımını da değiştirebileceğiz.
Bugün bilim dünyasının gündeminden artık kolay kolay düşmeyecek “grafen” isimli maddeye yakından bakıyor. Olabilecek en basit şekilde şimdiden onun neden “sihirli” madde olarak anıldığına dair gözlem yapıyoruz.
1. Grafenin abisi grafit. Bir başka deyişle, kurşun kalem!
Kurşun kalemlerimizin içindeki siyah madde ya da uçlu kalemlerimize taktığımız ince uzun uçlar, grafit adı verilen kimyasal bir maddeden üretiliyor. Grafit ise karbon atomlarının üç boyutlu olarak düzenlenmesiyle oluşuyor. Altıgen şeklinde bağlanan atom katmanları üst üste dizilince grafiti oluşturuyorlar. Grafit katmanlarından yalnıza birisini aldığınızda ise grafen isimli mucizevi maddeyi elde ediyorsunuz.
2. Tek bir atom kalınlığında olan tuhaf madde:
Grafenin kalındığı yalnızca bir karbon atomu kadar, yani iki boyutlu bir düzlem. Birbirlerine altıgen şekilde bağlanmış atomlardan oluşan bu düzlem oldukça tuhaf. İnce, bu kadar düzenli bir malzeme yok. Süperiletkenler konusunda en umut vaat edici gelişmeler de grafen ile birlikte yaşanıyor. Nasıl olduğunu anlamak için devam edelim.
3. Hem yalıtkan hem de iletken olan madde: Bükülmüş grafen
Bilim insanlar bir grafen tabakasının üzerine bir başka grafen tabakasını özel bir açıyla yaklaştırdıklarında ve malzemeyi mutlak sıfıra kadar soğuttuklarında ilginç bir şey fark ettiler. Bu özel açılı bükme işlemi sonucunda iki grafen tabakasının özellikleri kökten değişti. Katmanlar önce bir yalıtkan, ardından da süperiletken oldular. Hem yalıtkan, hem de iletken olabilen bir madde...
Bir grafen tek başına elektrik iletimi için yalıtkan düzeyde verimliyken, yani elektriğe karşı büyük direnç gösterirken, iki grafen katmanı bir araya geldiğinde süperiletken ortaya çıkıyor. Tek yapılması gereken o sihirli açıyı tutturmak.
4. Ucuz, çok ucuz elektrik...
Normal şartlarda süperiletken maddeleri kullanmak için yüksek soğukluk ya da yüksek sıcaklık değerleri gerekiyor. Grafen tabakalarında ise oda sıcaklığında süperiletken koşullar oluşturulabiliyor. Yani akıllı telefonlarımızda, bilgisayarlarımızda süperiletken malzemeleri kullanmamız mümkün olacak. Yani daha hızlı ve çok çok daha stabil cihazlara sahip olacağız.
Diğer taraftan hızlı trenlerin yaygınlaşması da kolaylaşabilir. Zira bildiğiniz ulaşımda da süperiletken malzemeleri kullanmak mümkün. Grafen ise bu çözümleri teoriye göre oldukça ucuz, üretilebilir ve yaygınlaşmaya müsait bir duruma getiriyor.
Dahası grafen katmanları sayesinde elektrik enerjisinin transferi de kolaylaşacak. Direnç nedeniyle kaybedilen elektrik gücü kullanıma sunulabilecek. Yüksek verimli ve daha ucuz elektrik enerjisi dağıtılabilecek. Tüm bunlar şimdilik bilimsel birer beklenti. Ancak unutmayın Nikola Tesla da bir bilim insanıydı ve şu an onun hayallerinde yaşıyoruz.
5. Bükülmüş grafeni kontrol etmek, bir odada ışık açmak kadar kolay:
MIT’de yapılan araştırmalara göre, grafen katmanlarının bükülmesiyle elde edilen açıyı değiştirmek için bir düğmeye basmamız yeterli olacak. Düğmeyi kapatınca yalıtkan, tekrar basında süperiletken olan bükülmüş grafen, aslında beklenen de işlevsel çözümler sunuyor. Yapısı dolayısıyla son kullanıcıya da oldukça uygun çıktılar verebiliyor.
Fizikçiler, bu içerikte derleyip basitleştirdiğimiz bilgilerin üzerine sayısız teoriyi araştırıyorlar. Hatta fizik dünyasında grafeni araştırmak üzere hayatını adayacak bilim insanlarına ihtiyaç duyulduğu aşikar. Grafen, son 1 yıldır sık sık gündeme gelerek, yepyeni bir bilimsel araştırma sahası olduğunu kanıtladı.
O araştırmaların sonuçlarını teknolojik gelişmelerle gözlemlemek de mümkün olacak.
