Süperiletkenliğin temel ilkesi, elektronların çiftler oluşturmasıdır. Ama aynı zamanda dörtlü şeklinde de yoğunlaşabilirler mi? Son bulgular, yapabileceklerini öne sürdü ve bugün KTH Royal Institute of Technology’deki bir fizikçi, bu dörtlü etkinin ilk deneysel kanıtını ve maddenin bu durumunun meydana geldiği mekanizmayı yayınladı. Süper iletkenliğin kısaca ne olduğunu hatırlatarak yazımızın daha kolay anlaşılmasını sağlayalım.
Süper İletkenlik Nedir?
Süperiletkenlik, elektrik direncinin kaybolduğu ve manyetik akı alanlarının malzemeden atıldığı belirli malzemelerde gözlemlenen bir dizi fiziksel özelliktir. Bu özellikleri sergileyen herhangi bir malzeme bir süper iletkendir. Sıcaklığı mutlak sıfıra yakın bir değere düşürüldüğünde direnci kademeli olarak azalan sıradan bir metalik iletkenin aksine, bir süperiletken, altında direncin aniden sıfıra düştüğü karakteristik bir kritik sıcaklığa sahiptir. Bir süper iletken tel döngüsünden geçen bir elektrik akımı, hiçbir güç kaynağı olmadan süresiz olarak devam edebilir.
Tekrar konumuza devam ediyoruz.
Nature Physics’te rapor veren Profesör Egor Babaev ve yardımcıları, demir bazlı malzeme Ba1−xKxFe2As2 üzerinde bir dizi deneysel ölçümde fermiyonun dört katına çıktığını kanıtladılar.
Sonuçlar, Babaev’in bu tür bir olgunun ilk tahmin etmesinden yaklaşık 20 yıl sonra ve materyalde meydana gelebileceğini öngören bir makale yayınlamasından sekiz yıl sonra geliyor.
Elektronların eşleşmesi, MRI tarayıcılarında ve kuantum hesaplamada kullanılan sıfır dirençli bir iletkenlik durumu olan süperiletkenliğin kuantum durumunu mümkün kılar. Bir malzeme içinde, vakumda olduğu gibi birbirini itmek yerine iki elektronun bağlanması sonucu oluşur. Bu olgu ilk olarak 1972’de çalışmaları Nobel Ödülü’ne layık görülen Leon Cooper, John Bardeen ve John Schrieffer tarafından bir teoride tanımlandı.
Sözde Cooper çiftleri temelde “çekici zıtlıklar”dır. Normal olarak, negatif yüklü atom altı parçacıklar olan iki elektron, birbirlerini güçlü bir şekilde iterdi. Ancak bir kristaldeki düşük sıcaklıklarda, çiftler halinde gevşek bir şekilde bağlanırlar ve sağlam bir uzun menzilli düzene yol açarlar.
Elektron çiftlerinin akımları artık kusurlardan ve engellerden saçılmaz ve bir iletken tüm elektrik direncini kaybederek maddenin yeni bir hali haline gelebilir. Yani bir süper iletken haline gelmiştir.
Dört fermiyonlu kondensatların teorik fikri ancak son yıllarda geniş çapta kabul görmüştür.
Babaev, fermiyonun dört katına çıkma durumunun meydana gelmesi için çiftlerin yoğunlaşmasını önleyen ve dirençsiz akışlarını engelleyen ve dört elektronlu kompozitlerin yoğunlaşmasına izin veren bir şey olması gerektiğini söylüyor.
Bardeen-Cooper-Schrieffer teorisi böyle bir davranışa izin vermiyordu, bu nedenle Babaev’in Technische Universtät Dresden’deki deneysel işbirlikçisi Vadim Grinenko 2018’de bir fermiyon dörde katlanan yoğunlaşmanın ilk işaretlerini bulduğunda, yıllarca süren yaygın bilimsel anlaşmaya meydan okudu.
Zaman Tersine Döner mi?
Babaev, yapılan gözlemler arasında kilit noktanın, fermiyonik dörtlü yoğuşmaların kendiliğinden zaman-ters simetriyi bozması olduğunu söylüyor. Fizikte zaman-tersine simetri, formüllerde veya denklemlerde zamanın ifadesini negatifiyle değiştirerek zamanın geriye doğru aktığı veya tüm hareketlerin tersine döndüğü bir olayı tanımlamaya yönelik matematiksel bir işlemdir.
Zaman yönü tersine çevrilirse, fiziğin temel yasaları hala geçerlidir. Bu aynı zamanda tipik süperiletkenler için de geçerlidir: zamanın oku tersine çevrilirse, tipik bir süperiletken hala aynı süperiletken durumda olacaktır.
“Ancak, bildirdiğimiz dört fermiyonlu bir yoğuşma durumunda, zamanın tersine çevrilmesi onu farklı bir duruma sokar” diyor.
“Bu durumu tam olarak anlamak için muhtemelen uzun yıllar araştırma gerekecek” diyor. “Deneyler, termal gradyanlara, manyetik alanlara ve ultrasona tepkisiyle ilişkili ve hala daha iyi anlaşılması gereken bir dizi başka olağandışı özelliği ortaya çıkaran bir dizi yeni soruyu ortaya çıkarıyor.”
Kaynak: Science Daily
