Fizikçiler, daha önce imkansız olarak görülen sıcaklıklarda süper iletken davranışlar sergileyen bir malzeme keşfetti. Bu şaşırtıcı buluş, oda sıcaklığında çalışan süper iletkenlerin bulunmasında önemli bir adım olabilir. Bilim insanları, süper iletkenliğin gerçekleşmesi için gerekli olan kritik bir süreci, daha önce düşünülenden çok daha yüksek sıcaklıklarda gözlemlediler. Bu buluş, elektriksel yalıtkan bir malzeme içinde gerçekleşti ve elektronların eşleşme davranışının -123 santigrat derece gibi oldukça düşük sıcaklıklarda bile meydana gelebildiğini ortaya koydu. Bu süreç, süper iletken malzemelerde neredeyse kayıpsız elektrik akışının anahtarlarından biri olarak kabul ediliyor.
Elektronların birlikteliği
Fizikçiler, bu durumu tam olarak neden yaşandığını henüz anlayabilmiş değil. Ancak bu gizemi çözmek, oda sıcaklığında süper iletkenlerin bulunmasına yardımcı olabilir. Araştırmanın ortak yazarı ve Stanford Üniversitesi’nde uygulamalı fizik alanında doktora öğrencisi olan Ke-Jun Xu, “Elektron çiftleri, süper iletken olmaya hazır olduklarını bize söylüyor, ancak bir şey onları durduruyor” şeklinde konuştu. Araştırmacılara göre bu çiftleri senkronize etmenin yeni bir yolunu bulabilirsek, bunu daha yüksek sıcaklıklarda çalışan süper iletkenler inşa etmek için kullanabiliriz.
Süper iletkenlik, elektronların bir malzeme içinde hareket ederken oluşturduğu dalgalardan ortaya çıkıyor. Yeterince düşük sıcaklıklarda, bu dalgalar atom çekirdeklerini birbirine çeker ve bu da ikinci bir elektronu ilk elektrona çeken hafif bir yük kaymasına neden olur. Normalde, iki negatif yükün birbirini itmesi beklenir ancak burada tuhaf bir şey oluyor: Elektronlar “Cooper çifti” olarak adlandırılan bir yapı oluşturuyor.
Bilmeyenler için Cooper çifti, süper iletkenlikte temel bir kavramdır. Normalde, iki elektronun aynı alanda bulunması zordur çünkü her ikisi de negatif yüklü olduğu için birbirini iter. Ancak, çok düşük sıcaklıklarda, bir malzeme içindeki elektronlar, atom çekirdeklerinin oluşturduğu çekim etkisiyle çiftler halinde hareket edebilirler. Bu çiftlere Cooper çifti denir. Cooper çiftleri, malzeme içinde sürtünmesiz ve enerji kaybı olmadan hareket edebilir, bu da süper iletkenlik denen durumu oluşturur. Bu çiftleşme, süper iletken malzemelerin elektrik akımını dirençsiz bir şekilde iletmesini sağlar. 1911 yılında Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes tarafından keşfedilen ilk süper iletkenler, sıfır elektriksel direnç durumuna neredeyse mutlak sıfırda (yaklaşık -273 derece) geçiş yapıyordu. Ancak 1986’da, bakır bazlı bir malzeme olan bir kuprat, -135 derece gibi nispeten daha yüksek bir sıcaklıkta süper iletken oldu. Fizikçiler, bu keşfin oda sıcaklığında çalışan süper iletkenlere yol açacağını ummuşlardı, ancak bu süreç beklendiği gibi ilerlemedi.
Ultraviyole ışıkta beklenmedik keşif
Yeni araştırmayı yürüten bilim insanları, neodimyum seryum bakır oksit adlı bir kuprat üzerinde çalışmaya başladılar. Bu malzemenin maksimum süper iletken sıcaklığı -248 derece gibi oldukça düşük olduğu için şimdiye kadar çok fazla ilgi görmemişti. Ancak araştırmacılar, bu malzemenin yüzeyine ultraviyole ışık tuttuklarında beklenmedik bir durumla karşılaştılar. Normalde, ışık paketleri bir kuprata çarptığında ve eşleşmemiş elektronlar taşıdığında, bu elektronlar malzemeden çıkar ve malzeme çok fazla enerji kaybeder. Ancak Cooper çiftlerindeki elektronlar bu duruma direnebilir ve malzeme yalnızca az miktarda enerji kaybeder.
Araştırmacılar, enerji boşluğunun bu yeni malzemede 150 K’ye kadar sürdüğünü ve bu çiftleşmenin, elektrik akışına en dirençli numunelerde en güçlü olduğunu buldular. Bu, kupratın oda sıcaklığında süper iletken olma ihtimali düşük olsa da, bu durumu çözmenin yolu hakkında ipuçları barındırabileceğini gösteriyor.