Malzemenin ötesi anlamına gelen “metamalzemeler” kelimesi savunma sanayi ve teknoloji için çok önemli bir araçtır. Microsoft’un eski baş teknoloji sorumlusu Nathan Mhyrvold‘un da belirttiği üzere ” Metalzemler, belki de optik ve elektronik konusundaki tüm yaklaşımımızı baştan sona değiştirecektir.” Hatta öyleki Michio Kaku gibi bazı önemli fizik profesörleri, görünmezliğin ardındaki sırrın bile metamalzemelerle çözülebileceğini söylemektedir. Buna göre küçükken hayellerimizi süsleyen Harry Potter evreninde geçen görünmezlik pelerinin dahi uzun bir süre sonra da olsa metamalzemerle mümkün olabileceği söyleniyor.
Metamalzemeler, doğada kendiliğinden bulunmayan üstün özelliklere sahiptir. Alışılagelmiş malzemelere göre çok farklı malzemelerdir. Laboratuvar ortamında hassas mikro boyuttaki çalışmalar sonucunda elde edilmektedir. Hatta ilk başta metamalzemlerin üretilebilmesi birçok kişiye göre olanaksız kabul edilmekteydi. Çünkü doğada alışageldiğimiz malzemlerin aksine metamalzemler çok farklı optik özelliklere sahiptir. Metamalzemler, bir maddenin içerisine o maddeye yönelen elektromanyetik dalgaların çok farklı şekillerde bükülmesini sağlayan çok minik implantlar yerleştirilerek elde edilmektedir. Bir cismin görünür olmasını sağlayan da elektromanyetik dalgalar da meydana gelen bozulmalardır. Yani mikrodalgaların yönü değiştirilebildiğinde gerçekten de bir maddeyi görünmez kılmak mümkün hale gelir.
Metamalzeme Üretimi
2000’li yılların başında metamzelmeler üzerinde yapılan araştırmalar ve çalışmalar yoğunlaştı. 2006 yılında ise Duke Üniversitesi ve Imperial College’daki araştırmacılar tarafından mikrodalga ışınıma maruz kalan malzemeleri görünmez hale getirmek için metamalzemeler kullandı. Bu sayede metamalzemeler ile görünmezlik arasındaki ilişki de sağlamlaşmış oldu. Görünmezlik ya da daha az görünür olmak elbette sadece Harry Potter pelerini elde etmek ya da bilim kurgu severlere hitap etmek için önemli değildir. Savunma sanayi için de görünmezlik çok ciddi bir öneme sahiptir. Hatta metamelzemler ile görünmezlik konusunda yukarıda bahsettiğimiz araştırmaları yapan grubun finansal desteği DARPA tarafından karşılanmıştır.
Işığın farklı ortamlardan geçerken kırılma gibi bir özelliği bulunmaktadır. Kırılma indisi ortamlara göre değişiklik göstermektedir. Örnğin vakumda n olarak gösterilen kırılma indisi 1.00 iken hava için 1.000293 ‘dir. Ve cam içinse 1.52 değerini almaktadır. Kırılma indisi(n) sabit bir sayı olarak kabul edilmektedir ve yoğulukla ilişkilidir.
Bir cismin görünmezliğini sağlamak için de malzemenin negatif kırılma indisine sahip olması gerekir. Bu durum ilk kez 1967 yılında Victor Veselego tarafından ele alınmıştır. Ve metamalzemelerin bu tarz özelliklere sahip olabileceği söylenmiştir. Metamalzemler laboratuvar ortamında üretilmeye başlandıktan bu yana basın ve halk tarafından ilgi odağı haline gelmiştir. Öyleki bu durum gazete manşetlerinde “15 yıl sonra Harry Potter pelerini geliyor.” şeklinde yer almıştır. Hatta araştırmacılar insanların onlardan sürekli net bir tarih beklediğini söylemiştir. Fakat henüz 20 yıl sonra 15 yıl sonra gibi net tarih vermenin mümkün olmadığını belirtmiştir. Elbette metamalzemler alanında çok ümit verici çalışmalar yapılmaktadır. Fakat bunlar henüz mikrodalga ışık altında yapılan çalışmalardır. Görülebilir ışık içinde uyarlanması zaman gerektirecektir. Ayrıca metamalzemeler ile nanoteknloji arasında da sıkı bir ilişki bulunmaktadır. Işığın bükülebilmesi için atomların da yönlendirilebilmesi gerekmektedir.
Görünmezlik ve Fotolitografi Yöntemi
Görülebilir ışık altında metamalzemeler üretmek için sıfırdan başlamak yerine bazı halihazırda olan teknolojilerin kullanılması önerilmektedir. Bunlardan biri “fotolitografi” yöntemidir. Bu yöntemi kullanarak görülebilir ışık altında çalışan ilk metamalzemeyi üretme çabası başarılı oldu.Almanya ile ABD ‘li bilim insanlarının çalışmaları sonucunda 2007 yılında kırmızı ışıkta çalışan bir metamalzeme üretilmiş oldu.
Bilim insanları cam bir plaka alıp sonra üzerine gümüş tabakası, magnazyum florür ardından tekrar gümüş kaplama yaptılar. 100 nm kalınlığında bir sandviç yapısı elde ettiler. Sonra ise oyma teknikleri kullanarak bir balık ızgara yapısı elde ettiler. Bu delikler kırmızı ışığın dalga boyundan daha küçük yapıdaydı. Daha sonra bilim insanları oluşturdukları bu yapıdan bir kırmızı ışık demeti geçirerek incelediler. Yapılan ölçüm sonucunda indisin -0.6 olduğunu gördüler.
Bu teknolojinin ileride çok gelişmiş(ışığın bir dalga boyundan daha küçük ayrıntıları yakalayan) bir düz merceğin icat edilmesinde de kullanılabileceği bilim insanları tarafından öngörülmektedir. Bu yeni süper mercek ile X ışını kullanmadan detaylı DNA fotoğrafları çekmek bile mümkün olacaktır.
Görünür ışıkta yapılan çalışmalar olumlu sonuçlanmıştır ancak sadece kırmızı ışık ile sınırlıdır. Bilim insanları artık kırmızı ışığı bir nesnenin etrafında tamamen döndürerek görünmez kılmayı hedeflemektedir. Ayrıca ileride bu teknolojnin fotonik kristaller teknolojisinde de kullanılması düşünülmektedir. Fotonik kristaller ışığı kullanır ve elektronik ksittallere kıyasla ısı kaybının daha az olması yönünden avantajlıdır.
Görünmezlik ve Plazmonik Teknolojisi
Görünmezlik alanında çalışan bir başka grup da 2007 yılında plazmonik adı verilen başka bir teknloji denemiştir. California Üniversitesi’nden fizikçi Henri Leeze ve Jennifer Dionne ve Harry Atwater, mavi-yeşil bölge için de görülebilir ışık altında görünmezlik üzerine başarılı sonuçlar elde ettiler.
Plazmonik yöntemi, ışığa sıkıştırarak maddelerin nano boyutlarda kontrol edilebilmesini sağlamaktadır. Metallerin belirgin özelliği elektronların serbestçe hareket edebilmesidir. Bu sayede elektrik iletimi gerçekleşir. Bazı şartlarda ise metalik yüzeye ışık çarptıktan sonra elektronlar ışık demeti ile beraber hareket ederek dalgaya benzer bir hareket gerçekleştirir. Bu harekete plazmonlar denir. Bu plazmon yapısı gelen ışık demeti ile aynı frekansa sahiptir fakat dalga boyu sıkıştırılabilir. Bu sayede nano tellerde gezen sıkıştırılmış pek çok dalga elde edilebilir ve bu teknoloji sayesinde elektrik sayesinde değil de fotonik kristaller gibi ışık yoluyla çalışan çipler üretilebilir.
Metamalzeme Teknolojisi Nereye Doğru Evriliyor?
Bilgisayar yongaları, transistörler hayatımızı çok önemli ölçüde değiştiren yüksek teknolojili ürünlerdir. Bu ürünler neredeyse hayati öneme sahip olmasına rağmen tekelleşmiş durumda. Pandemi döneminde de olduğu gibi zaman zaman bazı krizlere sebep olabiliyor. Ayrıca silikon teknolojisi çok hassas ve üretimi ciddi maliyet gerektiren bir alandır. Bu sebeple plazmonik yolu veya fotonik kristaller ile yapılan çalışmalar sonuç verirse ciddi bir alternatif doğacaktır.
Malzemeleri görünmez kılmak içinse öncelikle 2 boyutta çalışmalar ardından çok farklı frekanslarda da ışığı bükebilmek için çalışmalar yapılacaktır.
Harry Potter ve pelerini fizikçilerin yoğun çabaları sonucu üretilmesi başarılı olsa da fizikçiler bu pelerinin hayal ettiğimiz gibi kullanışlı ve esnek yapıda olamayacağını düşünmektedir. Çünkü ancak içi dolu bir silindir benzeri yapıda kırılma indisinin sabit kalması sağlanacaktır. Fakat ileriki yıllarda daha esnek ve kullanışlı modellerin üretilebilmesi de olasıdır.
Nanoteknoloji Ve Görünmezlik
Elbette tüm bu çalışmalar atomun yapısıyla yakından ilgilidir. Yani atomun hareketlerini düzenlemeyi öğrendiğmiz sürece pek çok şey mümkündür. Örneğin Cornell Üniversitesi’nden bir grup fizikçi dünyanın en küçük gitarını üretti. Bu gitar bildiğimiz gitar ile tamamen aynı özelliklere sahip sadece 10 mikron boyutunda. Telleri var ve üstelik çalınabiliyor. Ama anlamlı ya da bizim duyabileceğimiz aralıkta ses elde etmek şimdilik mümkün değil.
Nanoteknoloji alanında yapılan çalışmalar hızla devam etmektedir. Belki ileride işleyen dişli nanomakineler, robotlar görmek bile mümkün olacaktır.
Ülkemizde de bu alanda Bilkent Üniversitesi NANOTAM tarafından çalışmalar yürütülmüştür. Prof. Dr. Ekmel Özbay ile doktora öğrencisi Atilla Özgür Çakmak, cisimlerin belli frekanslarda görünmez olmasını sağlayan nanoteknoloji tabanlı bir malzeme geliştirmiştir. Bu metamalzemlerin askeri amaçla ve uçaklarda kullanılması hedeflenmektedir. Ekmel Özbay bu teknolojinin sadece askeri alanda değil sivil alanda da uygulanabileceğini belirtmiştir. Bu sayede cep telefonu sinyallerinin rotaları yönlendirilebileceğini ve kalp pili kullananların güvenli bir şekilde MRI çektirebileceğini belirtmiştir.
Malzeme, metamalzemler ve nanoteknoloji alanındaki çalışmalar dünyada ve ne mutluki ülkemizde de hızla devam etmektedir. Şüphesiz ki bu çalışmalar insanlığın kaderini değiştirecek cinstendir. Öyleki malzeme alanındaki engeller olmasa bir uzay asansörü inşa etmek bile teorik olarak mümkündür.
Kaynakça: Michio Kakio-Olanaksızın Fiziği/ 8. Basım/ODTÜ Yayıncılık
İlginizi çekiyorsa eğer aşağıdaki yazımızı da inceleyebilirsiniz.
https://malzemebilimi.net/derin-uzay-sondalari-ve-ozellikleri.html
Yorumlar