MIT mühendisleri süper iletkenler üzerine yaptıkları araştırma sonuçlarını paylaştılar. İlk kez bireysel atomların birbirlerinden uzak durdukları ya da ikili olarak demetlendiği gözlemlendi.
Eğer bir şişeye gazı kapatıp, günümüzün en güçlü mikroskoplarını kullanarak atomlarını görüntülemeye çalışırsanız, gölgeli bir bulanıklıktan biraz daha fazlasını göreceksiniz. Atomlar, şimşek hızlarında hareket ederler ve ortam sıcaklıklarında sabit tutmak zordur.
Bununla birlikte, eğer bu atomlar ultra-soğuk ortamalarda tutulursa, hareketleri yavaşlar. Ve bilim adamları süper akışkanlar, süper iletkenler ve kuantum mıknatıslar gibi egzotik maddeler halini nasıl oluşturabildiklerini inceleyebilirler.
Uluslararası bir mühendis ekibinin çalışması sayesinde yüksek sıcaklıkta süper-iletkenlik biraz daha yaklaşılabilir. Potasyum atomlarının ilişkilerini mutlak sıfırın üzerindeki sıcaklıklarda inceleyen ekibin gözlemleri, süper-iletkenliği sağlamak için gerekli ideal koşulların belirlenmesine yardımcı olabilir.
Süper-iletkenlik; bir malzemede enerji kayıplarının ortadan kaldırılması yoluyla, yüksek verimlilikte elektrik iletimidir. Halihazırda, bazı malzemelerin inanılmaz iletkenlik özellikleri bulunuyor, fakat bu sadece son derece düşük sıcaklıkların altında mümkün olabiliyor. Eğer süper-iletkenlik oda sıcaklığında tetiklenebilecek olursa, elektrik gücü için olası verimlilik üzerindeki etkisi olağanüstü olur. Ancak, süper-iletkenliğin nasıl gerçekleştiğini anlamak, olguyu görselleştirme kabiliyetimiz tarafından engellenir.
Bunu akılda tutarak, MIT’deki araştırmacılar, süper iletken bir katıdaki elektronların davranışını modellemek için atomları kullanarak bir ‘kuantum simülatörü’ tasarladı.
Ekibin lideri Profesör Martin Zwierlein şunları söyledi: “Atom modelinden öğrenme sayesinde, süper iletkenlerde neler olup bittiğini ve oda sıcaklığına yaklaşarak daha yüksek sıcaklıkta süper iletkenler yapmak için ne yapılması gerektiğini anlayabiliyoruz.”
Ekibin atomik modeli, Fermi-Hubbard’ın etkileşen atomlar modeli teorisine dayanıyor. Bu teori genellikle süperiletkenliğin temel ilkelerini açıklamak için kullanılır. Daha önceleri araştırmacılar, bu modeli kullanarak zayıf etkileşen süper iletken elektronların davranışını öngörebildiler.
Araştırılan potasyum atomlarını birkaç nanokelvine soğutarak, onları iki boyutlu bir düzlem oluşturan lazerle üretilen bir kafeste yakalamayı başaran araştırmacılar, atomların konumlarını ve etkileşimlerini gözlemlemeyi başardılar. Gözlenen atomların davranışı, her konumdaki gaz yoğunluğuna bağlı olarak değişti.
Daha düşük yoğunluklu bölgelerde atomlar “asosyal” hale geldi. Ünlü 20. yüzyıl fizikçisi Wolfgang Pauli tarafından teoriye tabi tutulan elektronların davranışları ile tutarlı olan bu “Pauli boşlukları“, elektronların belli bir küresel alanını sürdürme eğilimini anlatıyor. Zwierlein, “Bu alanın içinde ikinci bir adam bulmanın pek mümkün olmadığı kendisi için küçük bir alan yaratıyorlar” dedi.
Gazın daha sıkıştırılmış olduğu yüksek yoğunluklu bölgelerde, ekip beklenmedik bir şey gözlemledi. Atomlar, aslında çok sıkı bir şekilde durmalarına karşın, yakın komşularının bulunmasına daha uysal davranışlar sergiliyorlar. Düşük yoğunluktaki atomların aksine bu atomlar, alternatif manyetik yönelimler sergiledi.
Aynı zamanda, bu atomların genellikle birbirlerinin üstünde atlamaları, boş kafes alanının yanında bir çift atom oluşturmaları davranışları da gözlemlendi. Bu durum yüksek sıcaklıkta süper-iletkenlik için önerilen bir mekanizmayı anımsatıyor. Komşu kafes bölgeleri arasında rezonans yapan elektron çifti, sürüklenmek için sadece doğru miktarda boş alan olması durumunda, sürtünmeden materyali sarabiliyor.
Sonuç olarak, ekibin gazlar üzerindeki deneylerinin bilim insanlarının katılarda ortaya çıkabilecek süper iletkenlik için ideal şartları belirlemesine yardımcı olabileceğini belirtti.
Zwierlein deney sonucuyla ilgili olarak, “Bizim için bu etkiler nanokelvin derecede gerçekleşiyor çünkü seyreltik atomik gazlarla çalışıyoruz. Yoğun bir maddesel parçanız varsa, oda sıcaklığında bu aynı etkiler iyi sonuç verebilir.”
Mühendisce
(MIT Süper İletkenler deney sonuçları)