Tuhaf Bir Süperiletkenlik Biçimi Bilim İnsanlarını Şaşırttı
Uranyum ditellüridde yeni keşfedilen bir süperiletkenlik biçimi, yalnızca son derece güçlü manyetik alanlar altında ortaya çıkıyor ve süperiletkenlerin nasıl davrandığına dair uzun süredir geçerli olan beklentilere meydan okuyor.
Rice Üniversitesi’nde fizik ve astronomi profesörü olan Andriy Nevidomskyy’nin de yer aldığı bir araştırma ekibi, yalnızca güçlü manyetik alanlar altında ortaya çıkan, gizemli bir süperiletkenlik biçimini haritalandırdı ve açıkladı .
Science dergisinde yayınlanan bulguları, uranyum ditellüridin (UTe₂) yoğun manyetik alanlara maruz kaldığında nasıl süperiletken bir hale geliştirdiğini açıklıyor.
Geleneksel olarak, bilim insanları manyetik alanları süperiletkenler için zararlı olarak görmüşlerdir. Orta dereceli manyetik alanlar bile genellikle süperiletkenliği zayıflatırken, daha güçlü alanlar bilinen kritik bir eşik aşıldığında onu yok edebilir.
Ancak UTe₂ bu beklentilere meydan okudu. 2019’da araştırmacılar, malzemenin geleneksel süperiletkenlerin dayanabildiğinden yüzlerce kat daha güçlü manyetik alanlarda süperiletkenliğini koruyabildiğini keşfetti.
Rice İleri Malzeme Enstitüsü ve Rice Kuantum Malzemeleri Merkezi üyesi Nevidomskyy, “Deneysel verileri ilk gördüğümde şok oldum,” dedi. “Süperiletkenlik, beklendiği gibi önce manyetik alan tarafından bastırıldı, ancak daha yüksek alanlarda ve yalnızca dar bir alan yönü için yeniden ortaya çıktı. Bu şaşırtıcı davranış için hemen bir açıklama bulunamadı.”
Yüksek alanlarda süperiletkenliğin yeniden doğuşu
Bu fenomen ilk olarak Maryland Üniversitesi (UMD) ve Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) araştırmacıları tarafından tespit edildi ve kısa sürede fizikçilerin küresel ilgisini çekti. UTe₂’de süperiletkenlik 10 tesla’nın altında ortadan kayboluyor; bu manyetik alan, geleneksel standartlara göre zaten son derece güçlü kabul ediliyor.
Beklenmedik bir şekilde, manyetik alan şiddeti yaklaşık 40 tesla’yı aştığında süperiletkenlik yeniden ortaya çıkıyor.
Bu şaşırtıcı canlanmaya Lazarus evresi adı verildi. Araştırmacılar, bu evrenin manyetik alanın kristalin yapısına göre açısına kritik derecede bağlı olduğunu belirlediler.
UMD ve NIST’teki deneysel işbirlikçileriyle birlikte çalışan Nevidomskyy, bu yüksek alanlı süperiletken halin açısal bağımlılığını haritalamaya yardımcı oldu. Ölçümleri, süperiletken fazın belirli bir kristal eksenini çevreleyen halka şeklinde veya simit biçimli bir hale oluşturduğunu ortaya koydu.
NIST’ten çalışmanın eş baş yazarlarından Sylvia Lewin, “Ölçümlerimiz, kristalin sert b eksenini saran üç boyutlu süper iletken bir haleyi ortaya çıkardı,” dedi. “Bu şaşırtıcı ve güzel bir sonuçtu.”
Halo’ya uyacak şekilde bina teorisi
Gözlemleri açıklamak için Nevidomskyy, tartışmalı mikroskobik mekanizmalara büyük ölçüde dayanmadan deneysel sonuçları yeniden üretebilen teorik bir model geliştirdi.
Bunun yerine, kullanılan yaklaşım, elektronları Cooper çiftlerine bağlayan eşleşme kuvvetleri hakkında yalnızca minimum düzeyde varsayım gerektiren etkili bir fenomenolojik çerçeve kullandı.
Model, deneylerde gözlemlenen alışılmadık açısal bağımlılığı başarıyla yeniden üreterek, manyetik alanın yönünün UTe₂’deki süperiletkenliği nasıl etkilediğini açıklığa kavuşturmaya yardımcı oldu.
Etkileşimin daha derinlemesine anlaşılması
Araştırma ekibi, teorinin birkaç temel parametreyle uyarlandığında, özellikle halenin açısal profili olmak üzere deneysel özelliklerle dikkat çekici derecede iyi örtüştüğünü buldu. Modelden elde edilen önemli bir bulgu, Cooper çiftlerinin klasik fizikteki dönen bir topaç gibi içsel açısal momentum taşımasıdır. Manyetik alan bu momentumla etkileşime girerek, gözlemlenen hale deseniyle eşleşen yönsel bir bağımlılık yaratır.
Bu çalışma, UTe2 gibi güçlü kristal anizotropisine sahip malzemelerde manyetizma ve süperiletkenlik arasındaki etkileşimin daha derinlemesine anlaşılması için temel oluşturmaktadır.
NIST’ten çalışmanın eş baş yazarlarından Peter Czajka, “Deneysel gözlemlerden biri, numunenin manyetizasyonunda ani bir artış olmasıdır; buna metamanyetik geçiş diyoruz” dedi. “Yüksek alan süperiletkenliği, alan büyüklüğü bu değere ulaştığında ortaya çıkıyor ve bu değerin kendisi de açıya oldukça bağımlı.”
Bu metamanyetik geçişin kesin kökeni ve süperiletkenlik üzerindeki etkisi bilim insanları arasında hararetli bir şekilde tartışılıyor ve Nevidomskyy bu teorinin bu konuyu aydınlatmaya yardımcı olacağını umduğunu söyledi.
“Bu malzemedeki eşleşme yapıştırıcısının doğası henüz tam olarak anlaşılamamış olsa da, Cooper çiftlerinin manyetik bir moment taşıdığını bilmek bu çalışmanın önemli bir sonucudur ve gelecekteki araştırmalara yol göstermeye yardımcı olacaktır,” dedi.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Tuhaf Bir Süperiletkenlik Biçimi Bilim İnsanlarını Şaşırttı
Hintli Bir Gezginin 2000 Yıl Önce Mısır Mezarlarında Bıraktığı Yazıt Bulundu