Süperiletkenlik çalışmaları için bir başlangıç noktası
RIKEN fizikçileri, süperiletkenliğe yaklaşırken elektronların maddedeki davranışını keşfetmek için ideal bir platform buldular1. Bu, mevcut olanlardan daha uygun sıcaklıklarda çalışan yeni süper iletkenlerin geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Süper iletkenler elektrik akımını herhangi bir direnç olmadan taşırlar ve örneğin güçlü elektromıknatıslarda ve manyetik sensörlerde kullanılırlar. Ancak süperiletkenlik genellikle yalnızca düşük sıcaklıklarda meydana gelir; bu nedenle araştırmacılar, çok daha geniş bir uygulama yelpazesine kapı açabilecek yüksek sıcaklıktaki süperiletkenleri arıyorlar. Nihai hedef, oda sıcaklığında süper iletken malzemeler bulmaktır.
Klasik süperiletkenler olarak adlandırılan süperiletkenlik, elektronlar bağlandığında ortaya çıkar. Bu bağlantı, elektronların malzeme boyunca akarken saçılmasını önler.
Bazı malzemeler bu süperiletken duruma yaklaştıkça elektronların çizgiler halinde sıralandığı “nematik faza” girer. RIKEN SPring-8 Merkezi'nden Yuya Kubota, “Nematiklik süper iletkenlikle yakından ilişkilidir” diye açıklıyor. “Ancak nematik ve süperiletkenlik arasındaki kesin ilişki tam olarak anlaşılamamıştır.”
Bu ilişkiyi araştırmak için Kubota ve meslektaşları, elektriği yalnızca -265 santigrat derece gibi çok düşük bir sıcaklıkta, mutlak sıfırın sadece 8 derece üzerinde ileten, demir selenit adı verilen bir malzemeye yöneldiler. Ancak yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik, basınçla veya malzemenin kimyasal bileşimini değiştirerek elde edilebilir; bu da, yüksek sıcaklıkta süper iletkenler oluşturmak için daha genel stratejilere yol gösterebilir.
Demir selenit nematik fazına yaklaşık -183 °C'de girer. Bu aşamada malzemenin kristal kafesindeki atomların dizilimi değişir ve bazı elektronlar farklı enerji durumlarını benimseyebilir. Araştırmacılar, filamentöz enfeksiyonu uyarmada bu yapısal ve elektronik faktörlerin göreceli önemini uzun süredir tartışıyorlar.
Artık Kubota ekibi bir cevap buldu. Nematik faza geçiş sırasındaki yapısal değişikliği baskılayan, lantan alüminat bazlı çok ince bir demir selenit tabakası üzerinde çalıştılar.
Kafes yapısı aynı kalmasına rağmen araştırmacılar, nematik faza geçişin tüm elektronik özelliklerini gözlemlediler. Bu, nematik fazın yalnızca belirli elektronların enerji durumlarındaki değişikliklerden kaynaklandığını gösterir.
Araştırmacılar, ince film malzemesinin, eşlik eden herhangi bir yapısal değişikliğin karmaşıklaştırıcı faktörü olmadan, nematik fazdaki elektronların davranışını keşfetmelerine olanak sağlamasını bekliyor. Kubota, “Bu, nematik ile süperiletkenlik arasındaki ilişkiyi ve süperiletkenlik mekanizmasını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir” diyor. “Bu da oda sıcaklığında süper iletkenlere yönelik araştırmaları hızlandırabilir.”
