Bildiğimiz üzere Dünya’nın manyetik alanının sebebi, dış çekirdekteki erimiş metallerin (demir ve nikel) akışkanlığı ve burada yüklerin serbestçe hareket ederek bir manyetik alan oluşturmasıdır. Bu manyetik alan neredeyse Dünya’nın dönme ekseniyle uyumludur ve sadece iki kutup (kuzey ve güney) oluşturur. Ancak diğer gezegenlerde bu durum çok daha karmaşıktır. Örneğin Uranüs’ün manyetik alanı, dönme ekseninden yaklaşık 60 derece sapmaktadır ve çok kutuplu, kaotik bir yapıya sahiptir.
Bunun nedeni uzun süredir tam olarak bilinmiyordu. Fakat geçtiğimiz hafta Stanford Üniversitesi ve SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı araştırmacıları, bu kaosun sorumlusunu suçüstü yakaladı: “Süperiyonik Su.”
Keşfedilen Bu Madde Neden Manyetik Alan Kaynağıdır?
Bilim dünyası uzun süredir bu dev gezegenlerin derinliklerinde, aşırı basınç ve sıcaklık altında suyun egzotik bir fazı olan “Süperiyonik Buz”un varlığından şüpheleniyordu. Ancak bu yapının atomik düzeydeki davranışı ve gezegen fiziğine etkisi tam olarak anlaşılamamıştı. Son yapılan deneyler ve simülasyonlar, bu maddenin katı ve sıvı özelliklerini aynı anda taşıyan paradoksal yapısını ortaya koydu.
Bu maddede oksijen atomları; yüzey merkezli kübik (fcc) ve heksagonal sıkı paket (hcp) yapıların karmaşık bir karışımı şeklinde dizilerek son derece sert, katı bir kristal kafes (lattice) oluşturuyor. Normalde Dünya’da bulunan ve buz adını verdiğimiz malzeme kristal yapıda olup hiçbir sıvı özelliği göstermez ve doğal olarak elektrik akımını iletmez. Fakat süperiyonik buzda bu durum değişiyor; hidrojen atomlarının (protonların) katı kafes içinde serbestçe dolaşmasına izin veriliyor. Bu hareketlilik doğal olarak elektrik akımının oluşmasına ve dolayısıyla manyetik alanın doğmasına neden oluyor. SLAC araştırmacıları, oluşan bu sıra dışı iletkenliğin, gezegenlerdeki manyetik alanın “kaos” durumunda olmasının temel sebebi olduğunu düşünüyor.
Süperiyonik Malzemenin Bize Yararı Nedir?
Şu an için süperiyonik buzu bir kavanoza koyup saklamak imkansız olsa da (çünkü varlığını sürdürmesi için Dünya atmosfer basıncının milyonlarca katı bir basınca ihtiyaç duyuyor), bu keşif malzeme bilimi için paha biçilemez bir “yol haritası” sunuyor. Bilim insanlarının asıl hedefi, bu egzotik buzun kendisini günlük hayatta kullanmaktan ziyade, onun sahip olduğu eşsiz “süperiyonik iletkenlik” mekanizmasını oda sıcaklığında taklit edebilen yeni malzemeler geliştirmektir.
Eğer protonların katı bir kafes içinde dirençsizce aktığı bu yapı standart koşullarda kopyalanabilirse, yeni nesil katı hal pillerde (solid-state batteries) devrim yaratılabilir. Günümüzdeki sıvı elektrolitli pillerin aksine, süperiyonik malzemeler sayesinde saniyeler içinde şarj olan, asla sızdırmayan, ısınmayan ve patlama riski taşımayan bataryalar üretmek teorik olarak mümkün hale gelecektir. Kısacası süperiyonik su, geleceğin enerji depolama teknolojileri için doğanın sunduğu mükemmel bir “prototip” görevi görüyor.
Kaynakça:
Inside Uranus and Neptune, Water Becomes Something Totally Unexpected