Garip bir tür süperiletkenlikten sorumlu olan garip “tekillikler”
Fizikçiler sıcaklık artışından sorumlu gizemli bir mekanizma keşfettiler süperiletkenlikVe fizikteki “kutsal kâse”lerden birinin aranmasına yardımcı olabilir.
Salınım süperiletkenliği olarak bilinen yeni keşif, malzemelerin normalden çok daha yüksek sıcaklıklarda süperiletken olmasını sağlayan bir süreci tanımlıyor ve neredeyse hiç enerji kaybı olmadan enerji transferini kolaylaştırabilen oda sıcaklığında süperiletken malzemelerin keşfinin önünü açıyor. Araştırmacılar bulgularını 11 Temmuz’da Nature dergisinde yayınladılar. Fiziksel inceleme mektupları.
Fiziğin kutsal kaselerinden biri oda sıcaklığında süperiletkenlik Bu, günlük uygulamalar için yeterince pratik.” Louise SantosEmory Üniversitesi Fizik Bölümünde Yardımcı Doçent. bir açıklamasında şunları söyledi. “Bu atılım medeniyetin şeklini değiştirebilir.”
İlgili: Yeni süper iletken manyetik iticiler uzay istasyonunda test edilecek
Süperiletkenlik, elektronların madde içinde hareket ederken neden olduğu dalgalanmalardan kaynaklanır. Yeterince düşük sıcaklıklarda, bu dalgalanmalar atom çekirdeklerinin birbirine çekilmesine neden olur, bu da ikinci bir elektronu birinciye çeken hafif bir yük kaymasına yol açar.
Bu çekim kuvveti tuhaf bir şeyin oluşmasına neden olur: Elektrostatik itme kuvveti yoluyla birbirlerini itmek yerine, elektronlar bir “Cooper çifti” oluşturacak şekilde bir araya gelirler.
Cooper çiftleri farklı yol izliyor Kuantum mekaniği Yalnız elektronlardan daha fazla baz. Enerji kabukları oluşturacak şekilde üst üste yığılmak yerine, uzayda aynı anda aynı noktayı işgal edebilecek sonsuz sayıda ışık parçacıkları gibi davranırlar. Malzeme boyunca bu Cooper çiftlerinden yeterli sayıda oluşturulursa malzeme, elektrik direncinden herhangi bir enerji kaybı olmadan akan bir süperakışkan haline gelir.
Hollandalı fizikçi Heike Kamerling-Onnes tarafından 1911’de keşfedilen ilk süper iletkenler, hayal edilemeyecek kadar soğuk sıcaklıklarda – mutlak sıfıra yakın (eksi 459,67 derece Fahrenheit veya -273,15 santigrat derece) sıfır elektrik direnci durumuna geçti. Bununla birlikte, 1986’da fizikçiler, -211 F (-135 C) gibi çok daha sıcak (ama yine de çok soğuk) sıcaklıkta süper iletken haline gelen, bakır levha adı verilen başka bir malzeme türünü keşfettiler.
Fizikçiler bu keşfin, neredeyse kayıpsız elektrik iletiminin kapısını açacak oda sıcaklığında süper iletkenlerin keşfine yol açacağını umuyorlardı. Ancak keşifler yavaş yavaş sona erdi ve oda sıcaklığında süperiletkenlerle ilgili son iddialar da sona erdi. skandal Ve hayal kırıklığı.
Şimdiye kadar oda sıcaklığında ve ortam basıncında süperiletken bulmadaki başarısızlık kısmen fizikçilerin nispeten yüksek sıcaklıklarda (standart bir buzdolabının sıcaklığının yaklaşık üç katı) elektronların Cooper çiftleri oluşturmasına izin veren teorik koşulları anlamamalarından kaynaklanıyordu. sıcaklık).
Bunu araştırmak için, yeni çalışmadaki araştırmacılar, Cooper çiftleri yük yoğunluğu dalgaları olarak bilinen salınımlı desenlerde düzenlendiğinde ortaya çıkan belirli bir yüksek sıcaklık süperiletkenliği biçimine odaklandılar. Eşleşmiş elektronların bir malzeme boyunca eş zamanlı dansı olan dalgalar arasındaki ilişki, süperiletkenlikle karmaşık bir ilişkiye sahiptir: bazı durumlarda dalgalar etkiyi bastırırken diğerlerinde elektronların birbirine yapışmasına yardımcı olur.
Bu dalgaları modelleyen fizikçiler, dalgaların görünümünün anahtarının muhtemelen Van Hove tekilliği olarak bilinen bir özellik olduğunu buldular. Genellikle fizikte, hareket eden bir parçacığın enerjisi sezgisel olarak hareket ettiği hız ile ilişkilidir.
Ancak bazı fiziksel yapılar bu kuralı bozarak, farklı hızlardaki elektronların aynı enerjilerde var olmasına olanak tanır. Tüm elektronların enerjileri eşit olduğunda, etkileşime girebilir ve daha kolay dans eden Cooper çiftleri oluşturacak şekilde eşleşebilirler.
Santos, “Van Hove tekillikleri olarak bilinen yapıların değiştirilmiş, salınımlı süper iletkenlik durumları üretebileceğini keşfettik” dedi. “Çalışmamız, iyi anlaşılmayan bir olgu olan bu davranışın ortaya çıkışını anlamak için yeni bir teorik çerçeve sağlıyor.”
Fizikçiler, çalışmalarının şu ana kadar tamamen teorik olduğunu, bunun da altta yatan mekanizmayı aydınlatmak için daha fazla deneysel çabaya ihtiyaç olduğu anlamına geldiğini vurguladı. Ancak van Hove tekillikleri ile dans eden dalgalar arasında bir temel oluşturarak diğer fizikçilerin üzerine inşa edebileceği bir bağlantı bulduklarını umuyorlar.
Santos, “Camerling-Onnes’in süperiletkenliği keşfettiğinde aklında havaya yükselmeleri veya parçacık hızlandırıcıları olduğundan şüpheliyim” dedi. “Fakat dünya hakkında öğrendiğimiz her şeyin potansiyel uygulamaları var.”
