BİLİMKURGU MALZEMEYİ GERÇEĞE DÖNÜŞTÜREN ARAŞTIRMACIMIZ Ekmel Özbay

Profesör Dr. Ekmel Özbay, Bil- kent Üniversitesi'nde Nanotekno- loji Araştırma Merkezi'nin yöneti- cisi. Bilkent'teki başarılı çalışma- larını, uluslararası planda da sür- düren Özbay, geçtiğimiz ay için- de yabancı araştırma ortaklarıyla birlikte Avrupa Birliği'nin en prestijli araştırma ödüllerinden olan Descartes Ödülü'ne layık görüldü. Başarılı araştırmacımıza ayrıca TÜBİTAK Başkan Vekili Nüket Yetiş tarafından TÜBi- TAK'ta 28 Aralık günü yapılan Bilim, Hizmet ve Teşvik Ödülleri töreni sırasında bir özel ödül ve- rildi. Prof. Özbay'dan kendisine ödül, ülkemize gurur getiren ça- lışmalarını Bilim ve Teknik okur- larıyla paylaşmasını istedik.

lifornia [San Diego] Üniversitesi'nde doktora sonrası çalışmalar yapıyordu) Avrupa'da da biz çalışmalarımıza başladık. Biz Kimiz? Deneysel olarak biziz, yani Bilkent, teorik olarak da Girit'le (Yunanistan) ortak çalışıyoruz. Avrupa'da ortak. Bir de onların araştırma mer- kezi var: Teorik Simulasyon Enstitüsü "FORTH". Avrupa'daki ortaklar Imperial Colle- ge, FORTH ve Bilkent. FORTH simülasyon yapı- yor. Yani fikir Pendry'den; teorik simülasyon- ları Girit yaptı; deneyi de biz yaptık. John Pendry kaç yaşında? -63 yaşında. Siz? -Ben 39 yaşındayım, 1966 doğumluyum. Deneyi siz yaptınız ... - İlk önerilen malzeme istenilen sonucu ver- medi. Yani (Pendry'nin) dediği gibi çıkmadı. ,Ne- gatif çıkması gerekirken, (n) pozitif çıkıyordu.

Descartes Ödülü'nü getiren proje neydi? Metamalzemeler adı altında yeni bir malze- me türü keşfettik; tabii biz bunu kendi başımıza yapmadık. Birkaç araştırma grubu beraber yap- tık ve ödülü de bu nedenle bu ekibe verdiler. Meta üstün demek, metafizik doğa üstü, yani metamalzeme doğaüstü malzeme demek. Yani metamalzemeler doğada bulunmayan malzeme- ler demek. Ben metamalzemelerin liderliğini, öncülüğünü yapan John Pendry'i hatırlıyorum. Ortak projedeydik. Bu tür malzemelerin yapıla- bileceğini öngören kişi. Kendisi teoriysen. Biz de yapanız. Biz deneysel ayağıyız. John 1999- 2000 yılında yeni bir malzeme önerdi. Bunun adını metamalzeme koyduk. Doğada negatif in- disli malzeme yok. Her şey pozitif. "Negatif in- disli malzemeyi nasıl yaratırız?" diye düşündük. Bu Neredeyse 30 yıllık bir rüya. Hatta daha da eski diyebilirim. (eski) Sovyetler Birliği'nden bir fizikçi (P. Veselago) bunları düşünüyor. Diyor ki,

"eğer doğada negatif özelliklere sahip bir malze- me olsaydı ne güzel şeyler olurdu". Bu konuda makalesi bile var 1968'de yazıyor. Ama teoride; bunun nasıl yapılacağını da kimse bulamıyor. Negatif indisi biraz açar mısınız? Biliyorsunuz, liseden..Snell kanunu. Işık geli- yor, kırılıyor, n oluyor. Peki, n eksi olsaydı ne olurdu? Işık tersine giderdi. Aynı o şekilde bir şey yapabilirsiniz. Geliyor ışık, daha dar bir açıy- la da olsa ileriye gideceğine sola (geriye) dönü- yor. Buna solak malzeme de diyoruz. Yani ışığın özellikleri eksi çıkmaya başlıyor, indis eksi ol- duğu için. Doğada böyle bir malzeme yok, bunu sizin yaratmanız lazım. 1999-2000 yıllarında Imperial College'dan Sir John Pendry bu malzemeyi teorik olarak öne- riyor. Yani özel bir yapıda bunu üretirseniz bu- nun negatif n çıkması gerekir diyor. Ama üreti- len ilk malzemeler negatif çıkmadı. Bunun üze- rine biz, Amerika'da David Smith (O sıralar Ca-

BİLİM VE TEKNİK 4 2006

me koyduğunuz zaman bir noktayı bir noktaya odaklayabiliyorsunuz. Yani bir kere bilimsel planda, görüntülemenin varabileceği en uç nok- taya varabiliyorsunuz. Teknolojik anlamda, ki bi- zim uğraştığımız alan, bunu DVD yazmada kul- lanırsanız, DVD'nin kapasitesini 1000 kat artır- manız mümkün. 20 terabyte'lık (20 trilyon byte'lık) veri koymaktan bahsediyoruz. Yani, si- zin Bilim Teknik'in gelecek 100 yılda basılacak tüm sayılarını koyabileceğiniz bir DVD'den!.. Bir başka potansiyel kullanım, biliyorsunuz silikon endüstrisinde en sınırlama şundan kay- naklanıyor: Daha küçük boyutlara inebilmek için optik bir yöntem kullanıyorsunuz, ışığı odakla- manız lazım yine. Fakat flu anda bir ümite bağ- lanmış durumda silikon endüstrisi. Işığı ne ka- dar küçültürseniz (flu anda 200.2 mikronluk mo- rötesi ışık kullanıyorlar), minimum transistor ü daha da küçültemiyorlar. Bunu küçültmek için yeni ışık kaynağı yapmak lazım, daha kısa dalga boylarında. Artık x ışını kullanmayı düşünüyor- lar. Ama x ışınlarıyla çalışmak, mercek yapmak imkansız. Negatif indisle istenen bu merceği ya- pabilirseniz, odağınızı küçük yapabildiğiniz için silikon endüstrisi küçülmeye devam edebilecek. Ve bilgisayarla çok daha hızlı çalışabilecek. Yine bir başka olası yarar, minyatürleşme. şu anda klasik örnek cep telefonu. Cep telefon- larının boyutları zaten çok küçük. Bunu daha çok küçültmek isteyen olur mu, bilmiyorum ama, en azından elektronik kısmını küçültemi- yorsunuz, çünkü antenle sınırlısınız. Yani 2 giga- hertz ile sınırlısınız, ama antenin boyu 4. Nega- tif indiste dalga boyu küçülüyor. Bu demek ki, antenin boyutunu 100 kat küçültmek mümkün. Yani bu cep telefonunda belki çok önemli değil; ama uyduda çok önemli. Uyduda küçük kullan- mak istiyorsunuz. Yer yok çünkü. Ya da uçakta... ağırlık açısından. Hem optikte, hem de mikro- dalgada yaptığınız devreleri çok küçültmek mümkün olacak. Daha bir sürü şey var. Sonuç: Hem optikten, hem elektrik mühen- disliğinden, hem malzemeden tüm insanlar me- tamalzemeler etrafında odaklanmış durumda. Verilen konferanslara bakın. Hem elektrik mü- hendisliğinden, hem fizikten, hem optikten, mal- zeme biliminden hem bilgisayar biliminden, şimdi biyoloji de girmeye başladı, çok genel, di- siplinlerarası bir alan oluştu. Ben şimdi bir ma- kale yazsam ve Science dahil birçok dergiye gön- dersem, aynı makale, ama hepsi yayınlıyor. Me- tamalzeme anahtar gibi bir şey oldu. Herkese seslendiği için. Peki, bir şirket kurmayı düşünüyor mu- sunuz, geliştirdiğiniz ürünlerin patentini alıp pazarlamak için? - Bende pek girişimcilik ruhu şirket kurmak çok zaman aldığı için, ben bu kadar büyüyemez- dim. Ben, işin "business" tarafını başkalarına bı- rakmayı tercih ettim. Gücümü bu akademik ko- nularda yoğunlaştırmayı tercih ettim. Türki- ye'nin bu konuda en başarılı araştırma grubu- nun başındayım. Raşit Gürdilek Gülgûn Akbaba

Biz de Girit'le ortak bir çalışmaya giriştik, bu malzemeyi optimize ettik; yani yeniden tasarla- dık ve negatif çıkacak hale getirdik. Ve bu ortak çalışmayla (deneyini biz, teorisini Yunanistan yaptı) dünyada ilk metamalzeme, yani negatif in- dise sahip olan malzeme olduğunu gösteren ilk biz olduk. Bunu bir şekilde proje ortamında yap- mamız lazım. Girit'in koordinatörlüğü altında ya- pılacaktı. Çünkü o zamanlar Avrupa Birliği'nin FP5'te (Beşinci Çerçeve Programı) koordinatör olamıyorduk, Girit (Costas Soukoulis) beni öner- di. Ortak proje yapmak için. Ancak, ben demin söylediğim gibi koordinatör olamıyordum. Gi- rit'e "Sen koordinatör ol" dedik. Beni ortak ola- rak koydu, Pendry'i ortak olarak koydu ve Ame- rikalı ortak olamıyordu. Sene 2001'de. Türki- ye'nin FP (Frame Programme - Bilim alanında araştırma ve işbirliği için Çerçeve Programı) üye- liği yok o zamanlar. Costas'ın koordinatörlüğü altında bir Avrupa Birliği projesi verdik. FP5'e (5. Çerçeve Programı) verdik. Adı da "Devolep- ment and Analysis of Left-Handed Metamateri- als" idi. Yani "Solak Metamalzemelerin Geliştiril- mesi ve Analizi". Proje 2002'de başladı. 2005'te de bitti. Peki bu Descartes Ödülü nereden geliyor? Avrupa Birliği çerçevesinde bu projeyi yaptı- ğımız için, Avrupa Birliği Descartes ödülü aslın- da ortak projeye veriyor. Amaç AB içerisindeki işbirliğini geliştirmek. Bir kişiye verilmiyor. Eki- be veriliyor. 2001'de (Ödül Komitesi'ne)sunufl yaptık. Projeye de 2002'de başladık. Bu pro- jenin jüriye sunuşunu da ben yaptım. Proje su- nuş kitapçığına da benim resmim kondu. Niye bu ödülü aldığımıza gelince. Bizim bu çalışmalardan sonra metamalzeme adında yeni bir alan başladı ve flu an bu konuda giderek ar- tan bir çalışma sözkonusu. Bu konuda 2000'den önce hiçbir makale yok, 2005'te yalnızca SCI'te (Science Citation Index - Bilimsel Atıf Katalogu)

) 300 yayın var. Toplam yayınsa 1000'i geçmiş durumda. Ve geçen yıl yaklaşık 45 konferans dü- zenlendi. Ben hepsine yetişemedim, 15 davetli konuşma verdim. Japonya Amerika, Kanada... Güney Afrika'ya da davet ettiler; ama çok uzak geldi. Avrupa'da çok yerden geldi. Yani bu ko- nunun hem kurucusu hem araştırmacısı konu- mundayız. 2005'te benim (Bilkent'teki) araştır- ma grubum 16 SCI makalesi çıkardı. Benim flu an 5 doktoralı post-doc'um (doktora sonrası araştırmacı), 8 öğrencim ve 3 mühendisim var. Fakat benim bizzat ve proje grubumla yaptığım 16 yayının 12'si metamalzeme. Bunlar en azın- dan bizim için güzel rakamlar. Ve2005 içinde al- dığımız atıf sayısı 400.

Şekil 2: Veselago'ya göre, belli bir kalınlıktaki ne- gatif indisli bir düzlem levha cisimden gelen ışınları çok iyi bir şekilde yeniden odaklayabilir. Şimdi de gelelim herkesin en çok merak ettiği soruya... Metamalzemeler üzerinde böylesine ilgi yoğunlaşmasının nedeni? Ne yapıyor bu malzemeler? Ne işe yarıyorlar? - Bir kere, bilimsel merak açısından çok önemli. Negatif indis için kimse bir şey düşün- mediğinden bir anda tüm elektromanyetik yeni- den ele alınıyor. Birçok etki tersine dönüyor şimdi. Fakat niye insanlar bu kadar ilgi duyuyor? Normalde optik bir sistemde dalgaboyuyla sınır- lısınız. Yani bir noktayı bir noktaya odakladığı- nız zaman hiçbir zaman odaklama belli bir dal- gaboyunu geçmiyor. Ama ortama negatif malze-

Şekil 3: Cisimden yansıyan dalgaların zayıflamış bileşenleri nedeniyle pozitif indisli bir mercekten (soldaki şe- kil) elde edilen görüntü cisme göre daha az bilgi taşır. Negatif indisli bir malzemeden yapılma bir düzlem mercekteyse (sağdaki şekil) bu zayıf bileşenler yeniden yükseltildiği için görüntünün kalitesi çok daha iyi ola- caktır. Bu merceğin çözünürlüğü, dolayısıyla oldukça yüksektir.

Ocak 2006 5 BİLİM ve TEKNİK