•Süper iletkenler, levitasyonlu trenlerden parçacık hızlandırıclarına ve tıp alanında kullanılan cihazlara kadar bilim kurgu filmlerini andıran teknolojilere olanak tanır. Ancak süper iletken durumlar kırılgandır; malzemeler elektrik akımını kayıpsız iletebilmek için dış uzayın soğukluğuna yaklaşan çok düşük sıcaklıklara soğutulmalıdır. Elektrik akımının gücü ve dış manyetik alanlar, bu malzemeleri süper iletken durumlarından çıkarabilir; tıpkı dikkatsiz bir dokunmanın veya yanlış zamanlanmış hapşırığın üst üste dizilmiş domino taşlarını devirmesi gibi.
Big-Bang-replicating particle colliders
Ancak, doğrudan akım (DC) taşımacılığı gibi geleneksel yöntemlerle ölçülmesi zor olan daha yüksek bir sınır vardır; çünkü bu sınır, sadece milyarlık saniyeler içinde ortaya çıkan kuantum bozulmaları tarafından engellenir. Bu da “eşleşme kopması” (depairing) sınırıdır; süper iletkenliği sağlayan ve Cooper çiftleri olarak adlandırılan dolanık elektron çiftlerinin ayrılmasıyla oluşur.
Nature Physics’te yayımlanan yenilikçi bir çalışma araştıranlar, bu eşleşme kopmasını incelemek için bir süper iletkenin “hız sınırını” kırdı; bozucu kuantum süreçlerinin yanından, tekerleği eğri bir Model T arabayı geçen bir Formül 1 aracı gibi geçti.
Tip I süper iletkenlerin aksine, genellikle saf metaller olan ve özellikle hassas manyetik sınırları nedeniyle teknolojik açıdan pek kullanışlı olmayan bu malzemeler, tip II süper iletkenler fiziksel bir uzlaşı sunar; dahası daha yüksek manyşik eşik değerlerine sahiptir çünkü iç manyetik alanların Cooper çiftleri gibi küçük kuantum hortumları olarak yayılmasına izin verirler ve böylece çok daha zorlu koşullarda süper iletken durumlarını korurlar.
Ancak, tip II bir malzeme üzerinden geçen elektrik akımı fazla güçlü hale geldiğinde, bu küçük fırtınaları harekete geçirir; direnç ve ısı üretip süper iletkenliği durdurur.
“Stratejimiz, vortex dinamiğini elemekti,” Almanya’nın Hamburg şehrindeki Max Planck Yapı ve Madde Dinamiği Enstitüsü’nde (MPSD) fizikçi olan baş yazar Eryin Wang tarafından şöyle özetlendi.
Araştıranlar, süper iletken ailenin bir üyesi olan ve “yüksek sıcaklıklı süper iletkenliği” sergileyen nyobium nitrid (NbN) ile itriyum bariyum bakır oksit (YBCO) ailesinden iki süper iletken malzemeyi karşılaştırdı.
high-temperature superconductivity
Bu malzemeleri seçtiler çünkü ilkinin s-dalga boşluk simetrisi, ikincisinin ise d-dalga boşluk simetrisi vardır; bu özellik, eşleşmiş elektronlarının ne kadar kolay ayrılacağını ve dolayısıyla süper iletken durumlarından çıkarılacağını belirler.
Ancak bir kuantum sürecini nasıl elersiniz? Bu da fiziğin sınırlarında var olan bir süreçtir. Bunu yapmak için, vortexlerin saniyede onlarca kilometre hızda hareket etmesinden çok daha yüksek derecelerde (birkaç sipariş mertebesi) onların hızından hızlı çalışan optik-elektrikli bir devre geliştirdiler.
Bu düzenek, sadece 300 femtosaniye süren yeşil ışın ultra hızlı lazer darbelerini; optik lazer darbesini pikosaniyelik (karşılaştırma açısından yavaş sayılan) elektrik akım darbesine dönüştüren bir anahtara doğrulttu.
Bu, vortex dinamiğinin direnç ve ısı üretip süper iletkenliği kaybetmesinden çok daha hızlıydı. Başka bir deyişle, gerçek anlamda bir “kaplumbağa ve tavşan” durumu; ancak bu sefer tavşan başlangıç çizgisindeyken kaplumbaha hala kahvaltısını yapıyor.
“Our results suggest that picosecond transport can provide access to microscopic properties of superconductors, including their gap symmetry, that are not directly available from conventional DC transport,” MPSD’deki Yoğun Madde Dinamiği grubunun lideri Andrea Cavalleri şöyle açıkladı.
Özellikle NbN’in süper iletken durumu, uygulanan elektrik akımı belirli bir eğer değere ulaşana kadar korundu; araştıranların belirttiğine göre bu eşik değer, darbenin çok kısa sürmesi nedeniyle geleneksel DC çıkışından oldukça yüksektir. Bu noktada Cooper çiftleri ayrıldı ve süper iletkenlik aniden durdu.
Öte yandan YBCO malzemesi, süper iletken durumunun kademeli olarak zayıflamasını sergiledi; bu fark farklı boşluk simetrisinden kaynaklanır. NbN’in s-dalga boşluğu (Cooper çiftlerini ayırmak için gereken enerji), momentum uzayının tüm yönlerinde aynıdır.
Ancak YBCO’da, enerji boşluğu önemli ölçüde değişir ve momentum uzayının belirli yönlerinde tamamen kaybolur. Başka bir deyişle, biri tek eli tümüyle oynarken diğeri parasını daha yavaş kaybedebilir.
Araştıranlar böylece süper iletkenliğin çok temel köküne ulaştılar; bu da malzemenin Cooper çiftlerinin kararlılığıdır ve diğer etkilerin ortaya çıktığı temel kuantum kavramıdır.
Burada sunulan “yenilikçi yaklaşım,” süper iletken malzemelerin anahtar özelliklerini test etmek için bir çerçeve sunar; böylece daha çeşitli süper iletkenlerin “atılması” boşluk simetrisi gibi ve malzemelerin temel zaman ölçeklerinde nasıl tepki verdiğini ortaya çıkarabilir.
Bu işe dahil olmayan, Güney Çin Merkez Üniversitesi’nde fizik profesörü Jianqiao Meng tarafından özetlendiği üzere, bazen yarış gerçekten de en hızlı olana aittir:
“This work highlights the potential of ultrafast current pulses as a powerful new tool for accessing intrinsic superconducting properties.”
race really does go to the swift
Araştırma yayımlanmıştır. Bu makale Fiona MacDonald tarafından doğrulandı ve düzenlendi. Süreçimize gurur duysak da yalnızca insanız; bir hata fark ederseniz lütfen bize bildirin.
Fiona MacDonaldFiona MacDonaldplease let us know
Soyez le premier à commenter
Développez votre idée avec une source, une question ou un contre-argument constructif.