Fizikçiler Tamamen Yeni Bir Süper İletkenlik Türü Buldular
Modern fiziğin nihai amaçlarından biri, elektriğin oda sıcaklığında sıfır dirençle aktığı süper iletkenlik gücünün kilidini açmaktır.
İlerleme yavaştı, ancak 2018 yılında fizikçiler beklenmedik bir atılım yaptı. Daha önce hiç kimsenin görmediği şekilde çalışan bir süper iletken keşfettiler – ve şimdiye kadar düşünülmemiş olan tüm olasılıklar dünyasının kapısını açıyorlar.
Başka bir deyişle, yepyeni bir süper iletkenlik türü belirlediler.
Bu neden önemli? Peki, elektrik normalde bir kablo vasıtası ile taşınır – örneğin ışığı yaktığımızda duvardaki kablolardan hızlı, ancak şaşırtıcı şekilde kayıp vererek geçer.
Elektrik, kablo boyunca atomlara çarpan elektronlar tarafından taşınır ve bu çarpışmalardan her birine sahip olduklarında enerjilerinin bir kısmını kaybederler. Direnç olarak bilinen elektrik şebekelerinin elektriklerinin yüzde 7’sini kaybetmelerinin nedeni budur.
Ancak bazı malzemeler oldukca soğuk derecede sıcaklıklara soğutulduğunda, başka bir şey olur – elektronlar eşleşir ve direnç olmadan düzenli şekilde akmaya başlar.
Bu süper iletkenlik olarak bilinir ve dünyamızda devrim yapma konusunda inanılmaz bir potansiyele sahiptir ve elektroniklerimizi hayal edilemez bir şekilde daha verimli hale getirir.
İyi haber şu ki, fenomeni şimdiye kadar birçok maddede bulduk. Aslında, süper iletkenlik zaten MRI makinelerinde ve maglev trenlerinde güçlü manyetik alanlar oluşturmak için kullanılmaktadır.
Kötü haber şu ki, süperiletkenleri bu fenomene ulaşmak için yeterince soğuk tutmak için şu anda pahalı ve hacimli ekipman gerektiriyor – bu nedenle daha geniş kullanımı mümkün değil.
Ancak 2018’de Maryland Üniversitesi liderliğindeki araştırmacılar, egzotik bir malzemeyi süper soğuk sıcaklıklarda araştırırken yeni bir tür süper iletkenlik gözlemledi. Bu süper iletkenlik sadece beklenmedik bir malzemede görünmekle kalmadı, fenomen aslında bugüne kadar gördüğümüz eşleşmelerden çok farklı olan elektron etkileşimlerine dayanıyor gibiydi. Bu da ne tür bir potansiyel olabileceği hakkında hiçbir fikrimizin olmadığı anlamına geliyor. Farkı anlamak için, elektronların etkileşime girme şeklinin spin denilen kuantum bir özellik tarafından belirlendiğini bilmeniz gerekir.
Normal süper iletkenlerde, elektronlar 1/2 olarak adlandırılan bir spin taşırlar. Ancak YPtBi olarak bilinen bu özel malzemede, ekip başka bir şeylerin olduğunu buldu – elektronların 3/2’lik bir dönüşe sahip olduğu görülüyor.
Fizikçi ve kıdemli yazar Johnpierre Paglione “Hiç kimse bunun katı malzemelerde mümkün olduğunu düşünmemişti” diye açıkladı. “Tek tek atomlardaki yüksek sıkma durumları mümkündür, ancak atomları bir katıya birleştirdikten sonra, bu durumlar genellikle parçalanır ve 1 buçuk dönme ile sonuçlanır.”
YPtBi’nin ilk olarak birkaç yıl önce bir süper iletken olduğu keşfedildi ve bu kendi başına bir sürprizdi, çünkü malzeme aslında ana kriterlerden birine uymuyor – göreceli olarak iyi bir iletken, çok sayıda mobil elektronla normal sıcaklıklar
Konvansiyonel teoriye göre, YPtBi’nin, 0.8 Kelvin’in altındaki sıcaklıklarda süper iletken olması için yaklaşık bin kat daha fazla mobil elektrona ihtiyacı olacaktır.
Ancak araştırmacılar materyalin soğuduğunda süper iletkenliği gördü. Neler olup bittiğini anlamak için 2018 çalışması, malzemenin manyetik alanlarla etkileşime girme şeklini inceleyerek içeride tam olarak neler olup bittiğini anlayabiliyordu.
Genellikle bir malzeme bir süper iletkene geçerken, herhangi bir ilave manyetik alanı yüzeyinden çıkarmaya çalışır – ancak manyetik bir alan hızla bozulmadan önce giriş yapabilir.Ne kadar nüfuz ettikleri, içerideki elektron eşleşmesinin doğasına bağlıdır.
Ekip, sıcaklıklarını değiştirirken YPtBi’nin manyetik özelliklerinde meydana gelen değişiklikleri tespit etmek için bakır bobinler kullandı. Buldukları şey tuhaftı – malzeme mutlak sıfırdan ısındığında, manyetik alanın materyale nüfuz edebileceği miktar, üstel yerine doğrusal olarak arttı, yani normalde süper iletkenlerde görülür.
Bir dizi ölçüm ve hesaplama yaptıktan sonra, araştırmaya katılanlar, olan bitenin en iyi açıklamasının, elektronların daha önce bir süper iletken için bir olasılık olarak düşünülmeyen bir şey olarak, daha yüksek spinli parçacıklar olarak gizlenmiş olması gerektiği sonucuna vardılar.
Bu yeni tip süper iletkenlik hala inanılmaz derecede soğuk sıcaklıklar gerektirse de, keşif tüm alana tamamen yeni bir yön veriyor.
Lider yazar Hyunsoo Kim “Dönen yarım parçacıklarla eşleşmeyle sınırlı kaldık” dedi. “Ancak daha yüksek bir dönüş düşünmeye başlarsak, bu süper iletken araştırmasınín manzarası genişler ve daha ilginç hale gelir.”
Bu günler inanılmaz ve burada tam olarak ne olduğu hakkında bir şeyler öğrenmemiz gereken çok şey var. Ancak, test etmek ve ölçmek için yepyeni bir süperiletkenliğe sahip olmamız, bu 100 yıllık araştırma türüne harika yeni bir atılım eklemesi oldukça heyecan verici.
“Bu yüksek devirli eşleştirmeye sahip olduğunuzda, bu çiftleri bir arada tutan yapıştırıcı nedir?” dedi Paglione. “Neler olabileceğine dair bazı fikirler var, ancak temel sorular hala daha da büyüleyici hale getiriyor.”
Kaynak: https://www.sciencealert.com/physicists-have-found-an-entirely-new-type-of-superconductivity
