kuantum nokta

• kuantum noktalar nano boyutlu, yarı iletken kristallerdir. birkaç atomdan da oluşabilirler, binlerce atomdan da, bu sebeple zaman zaman yapay atom da denilir bu noktalar için. yine de uygulamada 10-50 atomdan oluşan noktalar kullanılır, yaklaşık çapları 2-10 nanometredir.
  
  bu boyutun ne kadar küçük olduğunu anlamanız açısından en güzel örnek saç telidir, genelde de saç teli ile kıyaslama yapılır. biz de şimdi öyle yapalım.
  ortalama kalınlıkta sayılan bir saç teli 0.06 - 0.08 milimetre arasındaymış. 0.07 milimetre diyelim, ikisinin tam ortası^*.
  
  0.07 milimetre = 70,000 nanometre yapıyor. bir kuantum nokta ise 2-10 nanometre demiştik.
  
  bu noktaları bu kadar özel kılan ne?
  boyutlarının kontrol edilebiliyor olması diyebiliriz bunun için. boyutların değişmesiyle beraber optik ve elektrik özellikleri de değişiyor, karşımızda olasılıklarla dolu bir dünyaya açılan kocaman bir kapı olarak devleşiyor bu minik dostlarımız.
  
  bu özelliklere nasıl sahip olduklarını anlamak için birazcık atom modelini bilmemiz gerekiyor.
  atomlar proton, nötron ve elektronlardan oluşuyor. proton ve nötronlar atomun merkezinde, elektronlar ise bu merkezin etrafında yörüngelerde dönüp duruyorlar. elektronların semazen misali dönüp durdukları bu yörüngelerin çekirdeğe olan uzaklıklarına enerji seviyesi deniyor. bu yörüngelerin en dışta kalanına da değerlilik bandı adı veriliyor. bu bandın üstünde kalan kısmı bant boşluğudur ve elektronlar için bir bariyer görevi görür. bant boşluğunun üzerinde de iletkenlik bandı bulunur. şöyle oldukça minimalist bir çizimle görselleştirmiş olalım:
  https://i.ibb.co/z6hvdkk/ads-z.png
  
  bir malzemenin iletken olması için, elektronların bu bant boşluğunu geçip iletkenlik bandına ulaşması gerekir. bant boşluğu, daha önce dediğim gibi bir bariyerdir, aşmak için enerji gerekir. iletken malzemelerde bu boşluk kısadır, elektronlar daha rahat bir şekilde, az bir enerjiyle, iletkenlik bandına geçebilirler. yalıtkan malzemelerde bu boşluk o kadar büyüktür ki, elektron çok fazla enerjiye ihtiyaç duyar o bariyeri aşabilmek için. `:yeterli enerji sağlandığında yalıtkan bir cisim elektrik iletebilir yani aslında``:tabi bu enerji o kadar çoktur ki malzemeye zarar verir, örneğin yanar`
  
  kuantum noktalar yarı iletkendir dedik, peki yarı iletken nedir? yarı iletken bir malzeme normalde elektriği iletmez. elektronlar yörüngelerinde mutlu mesut yaşamaktadır. ta ki biri gelip rahatlarını bozana kadar. ısı, voltaj, foton akışı gibi şeyler, elektronların enerji yüklenerek uyarılmasını sağlar. birinin gelip size adrenalin enjekte ettiğini düşünün, öyle. bu uyarılmış elektron fazla enerjisi sayesinde yerinden fırlar ve bant boşluğunu geçerek iletkenlik bandına ulaşır. tabi ki bildiğiniz gibi, doğada her şey stabil olduğu duruma dönmeye çalışır, termodinamik bize bunu anlatır. elektron da bir anlık gazla terk ettiği evine dönmek ister çünkü orada aslında mutludur. orada daha az enerjiye sahiptir. lakin oranın enerji seviyesi bellidir, uyarılan elektron olması gerekenden fazla enerjiye sahip olduğu için oraya dönemez. bir şeyler yapması gerekli.
  
  ailenizin istemediği biriyle evlendiniz. olmadı yapamadınız, tatsız olaylar yaşandı, evinize geri dönmek istiyorsunuz. önce o kişiden boşanmanız lazım. hahahah, çok mükemmel bir örnek oldu farkındayım. ama idare edin, yazıyı yazmaktaki amacım da diş ağrımdan düşüncelerimi uzaklaştırmak, daha iyi bir örnek düşünemiyorum. neyse, konuya geri dönelim. elektron da aynı şekilde.
  
  bu uyarılan elektron yörüngesine geri dönebilmek için enerjisini azaltmalı, fazlalıktan kurtulmak zorunda. bu sebeple ışıma yapıyor ve fazla olan enerjisini ışık formunda atıyor. yerine geri dönüyor, ve tekrar stabil formunda, mutlu mesut yaşamına devam ediyor. işte yarı iletken malzemeler bu prensiple çalışıyor. bir uyarı sonucunda elektriği iletip tekrar yalıtkan hallerine dönüyorlar.
  
  ışık olarak enerjisini attığını söyledik. bildiğimiz gibi ışık^*, dalga boylarına sahiptir ve enerjisi de dalga boyu ile alakalıdır. dalga boyu ne kadar küçükse o kadar çoktur enerjisi. görebildiğimiz ışıkta en küçük dalga boyu mor renklidir, en büyükte ise kırmızı. peki bunu neden söyledik?
  
  mükemmel illüstrasyon yeteneklerimden faydalanalım yine:
  https://i.ibb.co/4g9sq6t/ads-z.png
  
  elektronu bir araba olarak düşünün. aradaki bant boşluğunu da şehirler arasında gideceğiniz yol olarak düşünün. yol ne kadar uzunsa o kadar çok benzin almanız lazım. yani enerji. elektron ne kadar uzağa gitmişse o kadar fazla enerjiye ihtiyacı olmuş demektir. yani geri dönmesi için o kadar fazla enerjiyi ışıma yaparak atması lazım. dolayısıyla, bu mesafe ne kadar çoksa yaptığı ışıma da o kadar kuvvetli anlamına geliyor. bu mesafe azalırsa, yaptığı ışımanın enerjisi de azalmış olacak. yani, yaydığı ışığın rengi değişecek.
  
  buraya kadar her şey normal, bildiğiniz gibi. hayat güzel, elektronlar uçuyor.
  bu anlattığım şeyler nano boyutta olmayan malzemeler için böyle. nano boyutlu olan kuantum noktalarında işler birazcık değişiyor.
  
  kuantum noktalar çok küçük boyutlular, ve bir malzemeden çok atoma daha yakınlar, bir atom gibi davranıyorlar. normal, makro boyuttaki bir malzemede enerji seviyeleri arasındaki fark yok denecek kadar az olduğu için, bu seviyeler devamlı olarak kabul edilirken, kuantum noktalar, bu kadar küçük oldukları için de bahsettiğimiz enerji seviyeleri ayrı enerji seviyeleri gibi davranıyorlar.
  şu görselle belki biraz daha somutlaştırabilirim:
  https://i.ibb.co/vqtkmqv/ads-z.png
  
  bohr uyarım yarıçapı ^* denilen bir şey var, elektronun arkasında bıraktığı boşlukla arasındaki mesafe, nano boyutta olmayan malzemeler bu yarıçaptan büyükler, o yüzden enerji seviyeleri devamlı halde. kuantum noktaları ise bu yarıçaptan daha küçükler ve enerji seviyeleri ayrık davranmaya başlıyorlar. her bir enerji seviyesi kendi başına bir duvar. exciton bohr radius şeklinde aratarak, bu konuda daha çok ve benim şu an geçiştirdiğimden daha mantıklı bilgiye ulaşabilirsiniz.
  
  işte, enerji seviyelerinin ayrık olarak davranmaya başladığı bu duruma "kuantum sınırlaması" ya da "kuantum etkisi" adı veriliyor. bu etki tamamen elinizdeki şeyin boyutlarıyla alakalı. yazının en başında da söylediğimiz gibi, biz kuantum noktaların boyutlarını kontrol edebiliyoruz. bu da enerji seviyelerini kontrol edebildiğimiz atomlar anlamına geliyor. bir nevi, periyodik cetvelde olmayan yeni elementler yaratıp bunları istediğimiz şekilde kullanmak gibi.
  
  https://i.ibb.co/tdrnmmy/image.png
  burada gördüğünüz tüpler, farklı boyuttaki kuantum noktalardan elde edilmiş renkler. renk dizilimi küçük boyutlu noktalardan büyük boyutlu noktalara göre yapılmış.
  
  kuantum noktalar televizyonlarda kullanılmaya başladı. minik dostlarımız sayesinde daha canlı renkler elde edilebiliyor. son zamanlarda hayatımıza giren "qled" kavramının başındaki "q", quantum dotı^*simgeliyor.
  
  tabi ki tek kullanım alanları bu değil. güneş panelleri kuantum noktalarla daha verimli hale getirilebilir. tıpta biyo-ajan olarak kullanılıyorlar. daha az enerjiyle çalışan lazerler üretilebilir... aslında uygulama alanları tamamen insanın hayal gücüne bağlı.
  
  şu an beni en çok şaşırtan, pencerenizden elektrik üretmenin mümkün olması. bu minik dostları penceremizin içine gömüyoruz. dışarıdan gelen ışıklar elektronları uyarıyor, tıpkı bir güneş paneli gibi elektrik üretiyor pencerelerimiz. tabi ki bu noktalar çok küçük oldukları için dışarıdan gözükmüyor, siz normal bir pencere görüyorsunuz. solar window teknolojisi istenilen noktada değil henüz ama her geçen gün gelişiyor.