30 yılı aşkın araştırmadan sonra bile, yüksek sıcaklık süperiletkenliği hala malzeme fiziğinin çözülmemiş büyük gizemlerinden biridir. Bazı malzemelerin nispeten yüksek sıcaklıklarda bile herhangi bir direnç göstermeden elektrik akımını iletmesine neden olan mekanizma hala tam olarak anlaşılamamıştır. Süper iletkenlik katı hal fiziğinin üzerinde en çok çalıştığı konulardan biridir.
İki yıl önce, gelecek vaat eden yeni bir süperiletken sınıfı keşfedildi: katmanlı nikelatlar. İlk kez, TU Wien’deki bir araştırma ekibi, teori ve deneyi karşılaştırarak bu yeni süperiletkenlerin önemli parametrelerini belirlemeyi başardı. Bunun anlamı da malzemelerdeki yüksek sıcaklık süper iletkenliğinin elektronik mekanizmalarını anlamak için kullanılabilecek teorik bir modelin mevcut olduğu anlamına gelir.
Yüksek sıcaklık süper iletkenleri arayışında
Günümüzde birçok süper iletken bilinmektedir, ancak bunların çoğu yalnızca mutlak sıfıra yakın, aşırı düşük sıcaklıklarda süper iletkendir.
Bu “yüksek” sıcaklıklar (çoğunlukla -200°C’den daha az büyüklük mertebesinde) insan standartlarına göre hala aşırı derecede soğuk olsa da, daha yüksek sıcaklıklarda süper iletken olarak kalan malzemelere “yüksek sıcaklık süper iletkenleri” denir.
Önemli ölçüde daha yüksek sıcaklıklarda hala süper iletken kalan bir malzeme bulmak, birçok yeni teknolojinin kapısını açacak devrim niteliğinde bir keşif olacaktır.
Uzun bir süre boyunca, kuprat adı ile anılan malzemeler özellikle heyecan verici adaylar olarak kabul edildi.
Kupratlar bakır atomları içeren bir malzeme sınıfı.
Ancak şimdi, başka bir malzeme sınıfı daha da umut verici olabilir: kupratlara benzer bir yapıya sahip olan, ancak bakır yerine nikel içeren nikelatlar.
TU Wien Katı Hal Fiziği Enstitüsü’nden Prof. Jan Kuneš “Kupratlar hakkında çok fazla araştırma yapıldı ve malzemenin süper iletken olmaya devam ettiği kritik sıcaklığı önemli ölçüde artırmak mümkün oldu. Yeni keşfedilen nikelatlarla benzer bir ilerleme yapılabilirse, ileriye doğru büyük bir adım olacaktır. ” diyor .
Malzeme Parametreleri Bilebilmek
Bu tür süperiletkenlerin davranışını açıklayan teorik modeller zaten mevcuttur. Ancak sorun, bu modelleri kullanmak için, belirlenmesi zor olan belirli malzeme parametrelerinin bilinmesi gerektiğidir.
Jan Kuneš, “Yük transfer enerjisi kilit bir rol oynuyor” diye açıklıyor. “Bu değer bize bir elektronu nikel atomundan oksijen atomuna aktarmak için sisteme ne kadar enerji eklemeniz gerektiğini söyler.”
Ne yazık ki, bu değer doğrudan ölçülemez ve teorik hesaplamalar son derece karmaşık ve kesin değildir.
Bu nedenle, Jan Kuneš’in araştırma grubunun bir üyesi olan Atsushi Hariki, bu parametreyi dolaylı olarak belirlemek için bir yöntem geliştirdi:
Malzemeleri X Işınları İle İncelemek
Malzeme X-ışınları ile incelendiğinde, sonuçlar yük transfer enerjisine de bağlıdır.
Jan Kuneš, “Bu parametreye özellikle duyarlı olan X-ışını spektrumunun ayrıntılarını hesapladık ve sonuçlarımızı farklı X-ışını spektroskopi yöntemlerinin ölçümleriyle karşılaştırdık” diye açıklıyor. “Bu şekilde uygun değeri belirleyebiliriz – ve bu değer artık malzemenin süper iletkenliğini tanımlamak için kullanılan hesaplama modellerine eklenebilir.”
Nikelatlar İçin Koşullar
İlk kez malzemenin elektronik yapısını tam olarak açıklamak ve nikelatlarda süperiletkenliği tanımlamak için parametreli bir teorik model kurmak artık mümkün olmuştur. “Bununla artık, etkinin mekaniğinin elektronik düzeyde nasıl açıklanabileceği sorusunun temeline inebiliriz” diyor.
- Hangi orbitaller belirleyici bir rol oynuyor?
- Hangi parametreler ayrıntılı olarak önemlidir?
Bu malzemeyi nasıl daha da geliştireceğinizi öğrenmek istiyorsanız bilmeniz gereken şey budur, böylece bir gün süper iletkenliği çok daha yüksek sıcaklıklara kadar devam eden yeni nikelatlar üretebileceksiniz.”
Kaynak: phys
