Manchester Üniversitesi’nden araştırmacılar, kuantum Hall etkisini ve süperiletkenliği bir araya getirerek 1 boyutlu bir sistemde dayanıklı süperiletkenliği üretmeyi başardılar. Nature dergisinde yayınlanan ve yoğun madde fiziğinde önemli bir meydan okuma olan süperiletkenliğin meydana çıkartılabilmesi için kıymetli bir çabayı simgeleyen bu çalışma, ekibin grafen alan sınırlarını kullanarak süperiletkenlik elde etmek için yeni bir teknik keşfettiklerini gösteriyor.
Manchester Üniversitesi’nden araştırmacılar, yeni bir tek boyutlu (1D) sistemde dayanıklı süperiletkenliği yüksek manyetik alanlar altında başarıyla sürdürerek süperiletkenlikte önemli bir adım attı. Bu sonuç, yoğun madde fiziğinde uzun süredir devam eden bir meydan okuma olan kuantum Hall alanında süperiletkenlik elde etmek için heyecan verici bir rota sunuyor.
Süperiletkenlik ya da bazı malzemelerin dirençsiz elektrik iletme kapasitesi, kuantum teknolojisinin gelişimi noktasında derin olanaklara sahip. Öte yandan kuantize elektrik iletkenliği ile ayırt edilen kuantum Hall alanında süperiletkenlik elde etmenin son derece zor bir mücadele olduğu kanıtlandı.
Nature dergisinde yayınlanan çalışma; Prof. Andre Geim, Dr. Julien Barrier ve Dr. Na Xin liderliğindeki Manchester ekibinin kuantum Hall bölgesinde süperiletkenliği sağlamak için gösterdikleri önemli çabaları açıklıyor. İlk denemelerinde, karşıt yayılımlı sınır durumlarını birbirine yaklaştırmaya yönelik klasik bir teknik izlediler. Ancak bu stratejinin sınırlı olduğu görüldü.
Dr. Barrier bu durumu şöyle izah ediyor: “İlk çalışmalarımız esas olarak kuantum Hall sınır durumları nedeniyle yakın süperiletkenliğe yönelik devam eden önemli ilgiden esinlendi. Bu olasılık, abelyen olmayan anyonlar olarak bilinen yeni parçacıkların yaratılması hakkında birçok hipotetik tahmine yol açtı.”
Akabinde ekip, grafen alan sınırlarının oldukça iletken olabileceğini gösteren önceki çalışmalarından esinlenen yeni bir teknik keşfettiler. Araştırmacılar, bu tür alan duvarlarını iki süper iletken arasında sandviç yaparak düzensizliği en aza indirirken karşılıklı yayılan kenar durumları arasında gereken en nihai yakınlığı elde edebildiler.
Dr. Barrier yaptığıkları her cihazda bir Kelvin gibi oldukça “ılıman” sıcaklıklarda ciddi süper akımlar tespit etmekten memnuniyet duyduklarını söylüyor.
Tek Modda 1D Süperiletkenliğin Keşfi
Daha ileri analizler yakın süperiletkenliğin alan duvarları boyunca yayılan kuantum Hall sınır durumlarından ziyade alan duvarları içindeki 1D elektronik durumlardan kaynaklandığını gösteriyor. Profesör Vladimir Fal’ko’nun Ulusal Grafen Enstitüsü’ndeki teori grubu tarafından keşfedilen bu tek boyutlu durumlar, kuantum Hall sınır durumlarına kıyasla süperiletkenlikle hibritleşme konusunda daha yüksek bir kabiliyet sunmakta. Yüksek manyetik alanlarda gözlemlenen güçlü süper akımların, iç durumların doğasında var olan tek boyutluluğun bir sonucu olduğu düşünülüyor.
Tek modlu 1D süperiletkenliğin bulunması, gelecekteki araştırmalar için yeni fırsatlar sunuyor. Dr. Barrier sözlerine; “Kullandığımız cihazlarda elektronlar aynı nano ölçekli hacim içinde ve saçılma olmaksızın iki zıt yönde yayılmakta. Bu tür 1D sistemler son derece nadir olup temel fizikte çok çeşitli problemlerin ele alınması için umut vaat eder.” şeklinde devam ediyor.
Ekip, kapı voltajını kullanarak bu elektronik durumları değiştirebildiklerini ve süper iletkenlik özelliklerini şekillendiren duran elektron dalgalarını belirleyebildiklerini kanıtladı.
Dr. Xin “Bu eşsiz sistemin gelecekte bize neler sunabileceğini düşünmek heyecan verici.” ifadelerinde bulunuyor 1D süperiletkenliğin kuantum Hall etkisi ve süperiletkenliği birleştirerek topolojik kuasipartiküller oluşturmak için alternatif bir yöntem sağladığı sonucuna varıyor. “Bu, bulgularımızın sahip olduğu büyük potansiyelin sadece bir örneği.”
İlk 2D maddesi grafenin keşfinden 20 yıl sonra Manchester Üniversitesi tarafından gerçekleştirilen bu atılım, süper iletkenliğin anlaşılmasında ileriye dönük yeni bir adımı temsil etmekte. Bu ezber bozan 1D süper iletkenin geliştirilmesinin, kuantum teknolojisindeki yeniliklerin ve yeni fizik araştırmalarının önünü açması; ayrıyeten de çok çeşitli bilim çevrelerinin ilgisini çekmesi bekleniyor.
Kuantum Teknolojileri üzerine bir başka yazımıza da bu linkten ulaşabilirsiniz.
Haberin kaynağı: https://scitechdaily.com/quantum-breakthrough-researchers-unlock-new-realms-in-1d-superconductivity/
Derleyen: Erdem Gözay
