Kuantum Hall Tabanlı Aharonov-Bohm Spektroskopisi: Doğrusal Olmayan ManyetoTransport Rejiminde Elektron-Elektron Etkileşimleri

Abstract

Enerji band aralıkları farkılı iki yarı-iletken yapının arayüzeyinde yüksek mobiliteli iki boyutlu elektron sistemleri oluşturulabilmektedir. Bu heteroeklemin üst yüzeyine depozite edilen metalik kapıların negatif potansiyelle beslenmesi sayesinde, elektronların serbestlik dereceleri bir (kuantum kuyular), hatta sıfır (kuantum noktalar) boyuta düşürülebilmektedir. İki boyutlu elektron gazının düzlemine dik uygulanan güçlü manyetik alan da benzer şekilde, sistemin serbestlik derecesini dışsal bir parametre olarak değiştirmektedir. Kapı tanımlı aygıtlarda genellikle elektriksel karakterizasyon deneyleri yapılmakta ve sıcaklık, kapılara uygulanan elektriksel potansiyelin ve manyetik alanın taşınım üzerine olan etkileri incelenmektedir. Bu .l.ümlerin en .nemlileri arasında tamsayılı ve kesirli kuantize Hall olayları g.sterilebilir. Ayrıca, yine kuantize Hall şartları altında .alışan kuantum nokta aygıtları yapmak mümkündür. Bu aygıtların ileride, kuantum bilgisayarlarına temel oluşturması öngörülmektedir. Aharonov-Bohm spektroskopisi sanki-parçacıkların kuantum istatistiksel özelliklerinin tamsayılı ve kesirli kuantize Hall rejimlerinde incelenmesinde önemli bir araçtır. Konuyla ilgili araştırmalar özellikle Abelyen olmayan (nonAbelian) durumların topolojik kuantum bilgi işlenmesine yol açacağı öngörüsü üzerinde yoğunlaşmaktadır. Ancak, etkileşimlerin bu kuantum durumlarını kuantize Hall şartları altında nasıl etkilediği henüz bilinmemektedir. Ekibimiz bu problemi faz bağımlı manyeto-transport deneyleri ile birlikte elektron-elektron etkileşimlerini de hesaba katan öz-uyumlu çözüm yöntemleri ile incelemiştir. Odak noktamız doğrusal olmayan fakat eş evreli (coherent) olan kenar durum (edge-state) taşınımı üzerinedir. Bu rejim mevcut araştırma etkinliklerinin epeyce ötesindedir. Deneylerimizin bir kısmı, GaAs heteroyapıda oluşturulan iki boyutlu elektron gölcüğünde (noktasında) tanımlı AharonovBohm interferometrelerinde gerçekleştirilmiştir. Bu aygıt aynı zamanda kuantum anahtarı olarak da kullanılabilecektir. Bu .nerilenleri yapmak için, kapı tanımlı aygıtlarda elektriksel karakterizasyon deneylerini yüksek manyetik alanlarda (B 5 Tesla) ve düşük sıcaklıklarda (T 1.4 K) gerçekleştirmek gerekmektedir. Bu deneyler için gerekli olan süperiletken magnet ve soğutucu sistem Ludwig-Maximilian Üniversitesi Münih, Almanya'da Doç. Dr. Stefan Ludwig'in laboratuarında bulunmaktadır. Bu laboratuvara yaptığımız ziyaretlerde elde edilen sonuçlar raporda sunulacaktır. Ayrıca, İstanbul Üniversitesi Fizik bölümünde de benzer, ancak daha güçlü bir laboratuar (B 20 Tesla, T 10 mK) proje yürütücüsü ve ekibi tarafından kurularak hizmete girmiştir. Ancak ne yazıkki, idarecilerin basiretsiz davranış ve hatta psikolojik tacizleri sonucunda bugün bu laboratuvar kullanılamaz hale gelmiştir. Ben ve ekibim çalışmalarımıza Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Fizik Bölümün'de devam etmek durumunda kalmış bulunmaktayız. İlk aşamada deneylerin bir kısmı Almanya'da yapılırken, kuramsal çalışmalar ise Türkiye'de gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada, özellikle kesirli kuantize Hall etkisini içeren deneyler Türkiye'de gerçekleştirilmiştir. Örnek hazırlama süresi ile birlikte projenin tüm aksamalara rağmen zamanında bitirilmiştir. Almanya ve Türkiye'de bulunan iki ekip, araştırmada birlikte çalışarak ve çok sayıda makaleyi Uluslararası saygın dergilerde yayınlanmıştır. Bu proje ile, Almanya ve Türkiye arasında deneysel ve kuramsal, bilgi ve deneyim akışı sağlamış ve özgün çalışma yayınlanmıştır. Ayrıca, Türkiye'de henüz yeni yeni oluşmakta olan yüksek manyetik alan-düşük sıcaklık deney gruplarına, doktora ve yüksek lisans öğrencilerinin eğitimleri ile yetişmiş eleman sağlanmıştır.