Ana sayfa 131. Sayı Oda sıcaklığında çalışan süperiletkenlere bir adım kala

Oda sıcaklığında çalışan süperiletkenlere bir adım kala

117
PAYLAŞ

Çeviren: Dilege Gülmez

Süperiletkenlik bundan 104 yıl önce Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes tarafından bulunan kuantum mekaniksel bir olay. Süperiletkenler elektrik akımını, hiçbir direnç göstermeden iletiyor. Teorik olarak hâlâ tam olarak bilinmese de, Meissner etkisi özelliğine sahip materyallerin içlerindeki manyetik alanı tamamen dışarıya atması sonucu oluştuğu biliniyor. Bu sebeple klasik elektromanyetikteki tanımlarıyla, mükemmel birer iletken değiller aslında. Bu materyaller şimdiye dek bazı alanlarda kullanıldı ve kullanılıyor. Bilimsel alanda en bilinen örnek, parçacık hızlandırıcıları, günlük hayatta da tomografi makinelerinde kullanılıyorlar. Ancak bu materyallerin süperiletkenlik özelliği gösterebilmeleri için çok düşük sıcaklıklara kadar soğutulması gerekiyor.

En başta kullanılan materyaller, sadece -273 derecenin (Celcius) hemen üzerinde süperiletkenlik özelliği gösterirken, 1980’lerde seramik bazlı yeni bir materyal sınıfının bulunması ile -200 derece civarında da süperiletkenlik kullanılabilir hale geldi. Bu materyallere yüksek sıcaklık süperiletken malzemeler deniliyor.

Ancak son zamanlarda yapılan bazı deneyler sürprizlere yol açtı. Kısa kızılötesi lazerler, oda sıcaklıklarında seramik tabanlı materyalleri süperiletken hale getirdi. Saniyenin sadece trilyonda biri kadar olan bir süre için olsa da. Ancak bu olayın nasıl gerçekleştiği konusunda bir sonuca ulaşılamamıştı. Nature’da bu ay yayımlanan bir makalede, olayın temellerini açıklayabilen bir açıklama sunuluyor. Ekip uluslararası katılımlı, ancak araştırmacıların çoğunluğu Hamburg’daki Maddenin Yapısı ve Dinamikleri için Max Planck Enstitüsü’ndenler. Açıklamaya göre, lazer sinyallerinin, kristal latis (örü) içerisindeki her bir atomu kaydırması sonucu süperiletkenlik sağlanıyor.

Bu olayın görüldüğü kristal seramik olan YBCO (itriyum baryum bakır oksit) bakır oksitten ince, çift katmanların arasında daha kalın ve içinde baryum, bakır ve oksijen bulunduran başka bir katmanın da bulunduğu bir yapıya sahip. Süperiletkenlik, çift bakır oksit katmanlarından gelmekte. Bu katmanda elektronlar “bakır çiftleri” olarak adlandırılan çiftler oluşturmak için bir araya gelebiliyor. Bu çiftler, katmanlardan bir hayalet gibi geçip gidebiliyor, yani kuantum mekaniğinin tipik özelliklerinden tünelleme efektini gösteriyorlar. Ancak bunun olabilmesi için, sıcaklığın kritik bir limit altında olması gerekiyor ki, bu bakır çiftler sadece ince, çift olan katmanlardan değil, onların hemen yanındaki kalın katmanlardan da geçebilsin ve bu sayede ince katmanlar arasında bir etkileşim olsun. Kritik seviye üzerindeki sıcaklıklarda bu etkileşim kayboluyor ve metal normal ilektenlik özelliklerine geri dönüyor.

Bahsettiğimiz ekip, YBCO’nun kızılötesi lazer ışınları ile çok kısa bir süre için, oda sıcaklığında süperiletken özelliğine sahip olduğunu keşfetti. Anlaşıldığı kadarıyla, lazer ışınları bu katmanlar arasındaki yapıyı değiştiriyordu, ancak mekanizma tamamen anlaşılamamıştı. ABD’deki en güçlü X-ışını lazerinde yapılan bir deneyde, kristal yapıya gönderilen kızılötesi lazer ışınların bazı belirli atomları uyararak salınım yapmasını sağladıktan hemen sonra, X-ışınları ile uyarılmış kristalin yapısı incelenmiş. Sonuç olarak görülen şey, kızılötesi ışınların atomları sadece uyararak salınım yaptırmadığı, aynı zamanda kristaldeki pozisyonlarının kaymasına da sebep olduğu. Bu kayma ince bakır oksit katmanlarının biraz kalınlaşmasına ve aralarındaki kalın katmanların da aynı miktarda incelmesine yol açıyor. Bu sayede ince katmanlar birbirlerine daha çok yaklaşmış oluyor ve aralarındaki kuantum etkileşim ihtimali artıyor ve bu formun korunduğu çok kısa süre boyunca da(saniyenin trilyonda biri kadar sürede), materyal süperiletken özelliği gösteriyor.

Bu sonuçlar yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin temel prensiplerini anlamada çok büyük katkı yapmasa da, metalürji biliminin yeni ve daha yüksek sıcaklıklarda çalışan süperiletkenler yapmasına yardımcı olabilir. Bu gelişmeler en sonunda tarih boyunca görülen en büyük teknolojik sıçramalardan biri olmaya aday olan, oda sıcaklığında kullanılabilen süperiletkenlerin yapılmasını sağlayabilir.