40 Yıllık Kuantum Bilmecesi Çözüldü
Kırk yıla yakın bir süre boyunca, ‘garip metaller’ kuantum fizikçilerini şaşırttı; çünkü geleneksel elektrik kurallarına uymuyorlar.
New York’taki Kuantum Fiziği Merkezi’nden Aavishkar Patel tarafından yürütülen son araştırma, nihayet garip metallerin karakteristik özelliklerini açıklayan bir mekanizmayı ortaya çıkardı.
Science dergisinin 18 Ağustos tarihli sayısında Patel ve meslektaşları, yoğun madde fiziğindeki çözülmemiş en büyük sorunlardan birine bir çözüm olarak, garip metallerin neden bu kadar tuhaf olduğuna dair evrensel teorilerini sunuyorlar.
Garip metal davranışı, küçük değişikliklerle süper iletkenlere (elektronların yeterince düşük sıcaklıklarda sıfır dirençle aktığı malzemeler) dönüşebilen bazıları da dahil olmak üzere birçok kuantum malzemesinde bulunur. Bu ilişki, garip metalleri anlamanın araştırmacıların yeni süperiletkenlik türlerini tanımlamalarına yardımcı olabileceğini gösteriyor.
Şaşırtıcı derecede basit olan yeni teori, garip metallerle ilgili birçok tuhaflığı açıklıyor; örneğin elektrik direncindeki değişimin (elektronların malzemeden elektrik akımı olarak ne kadar kolay akabileceğinin bir ölçüsü) neden aşırı düşük sıcaklıklarda bile sıcaklıkla doğru orantılı olduğu gibi. Bu ilişki, garip bir metalin elektron akışına aynı sıcaklıktaki altın veya bakır gibi sıradan bir metalden daha fazla direnç gösterdiği anlamına gelir.
Yeni teori, garip metallerin iki özelliğinin birleşimine dayanıyor. Birincisi, elektronları kuantum mekaniksel olarak birbirlerine dolanabilir, kaderlerini bağlayabilir ve uzaktan ayrıldıklarında bile dolanık kalabilirler. İkincisi, garip metaller atomların tekdüze olmayan, yamalı bohça benzeri bir düzenine sahiptir.
CCQ’da Flatiron Araştırma Görevlisi olarak çalışan Patel, her iki özelliğin de tek başına garip metallerin tuhaflıklarını açıklamadığını, ancak birlikte ele alındığında “her şeyin yerli yerine oturduğunu” söylüyor. Garip bir metalin atomik düzeninin düzensizliği, elektron dolaşıklıklarının, dolaşıklığın malzemenin neresinde gerçekleştiğine bağlı olarak değiştiği anlamına gelir.
Bu çeşitlilik, elektronların malzeme içinde hareket ederken ve birbirleriyle etkileşime girerken momentumlarına rastgelelik katıyor. Hepsi birlikte akmak yerine, elektronlar birbirlerini her yöne çarparak elektrik direncine neden olurlar. Elektronlar daha sık çarpıştığı için malzeme daha sıcak olur ve elektrik direnci sıcaklıkla birlikte artar.
Patel, “Dolanıklık ve tekdüzelik arasındaki bu etkileşim yeni bir etki; daha önce hiçbir malzeme için düşünülmemişti,” diyor. “Geriye dönüp baktığımızda, bu son derece basit bir şey. Uzun bir süre boyunca insanlar garip metallerle ilgili tüm bu hikayeyi gereksiz yere karmaşık hale getirdiler ve bu yapılacak doğru şey değildi.”
Patel, garip metallerin daha iyi anlaşılmasının fizikçilerin kuantum bilgisayarlar gibi uygulamalar için yeni süper iletkenler geliştirmesine ve ince ayar yapmasına yardımcı olabileceğini söylüyor.
“Bir şeyin süper iletken olmak istediği ancak bunu tam olarak yapamadığı durumlar vardır, çünkü süper iletkenlik başka bir rakip durum tarafından engellenir” diyor. “O zaman bu düzgünsüzlüklerin varlığının süperiletkenliğin rekabet ettiği bu diğer durumları yok edip süperiletkenlik için yolu açık bırakıp bırakmayacağı sorulabilir.”
Artık garip metaller biraz daha az garip olduğuna göre, bu isim bir zamanlar olduğundan daha az uygun görünebilir. Patel, “Bu noktada onlara garip değil, sıra dışı metaller demek istiyorum” diyor.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: 40 Yıllık Kuantum Bilmecesi Çözüldü