Serbest yüzen elektrikli araçların karayollarında süzülürken kablosuz olarak şarj ettiği bir dünya hayal edin, dizüstü bilgisayarlar yüzlerce kat daha güçlüdür ve temiz enerji sınırsız arzda akar.
Uzmanlar, böyle bir geleceğin, yeni süper iletkenlerin geliştirilmesine veya mükemmel bir verimlilikle elektrik iletebilen malzemelere bağlı olduğunu söylüyor. Sorun? Kurşun, kalay ve alüminyum gibi saf elemanlardan niyobyum – titanyum gibi egzotik bileşiklere kadar bilinen tüm süperiletkenler, aşırı soğuk algınlığı veya basınca maruz kalmalıdır, bu da onları yaygın kullanım için pratik hale getirir. Daha sorunlu hala, bilim adamları bu materyallerin nasıl çalıştığını tam olarak anlamıyorlar, bu da daha iyi versiyonları tasarlamayı zorlaştırıyor.
Süperiletkenler zaten MRI makinelerine, parçacık hızlandırıcılarına ve elektromanyetik kaldırma trenlerine girdiler, ancak olağanüstü derecede pahalı ve titiz. Uzmanlar, gerçek oyun değiştiricinin, daha ucuz ve daha çok yönlü olan süper iletkenlerin nasıl özel tasarlanacağını bulacağını söylüyor.
Şimdi fizikçi Cory R. Dean liderliğindeki çok disiplinli bir Columbia araştırmacıları ekibi, bilimsel topluluğu bu hedefe yaklaştırıyor. Son zamanlarda yapılan bir çalışmada DoğaBilim adamları, kristalli bir yapıya sahip olan tungsten diselid adlı bir bileşiğin, sadece bir veya iki atom kalınlığında tabakalara dilimlendiğinde süperiletkenlik sergileyebileceğini ve daha sonra hassas şekillerde manipüle edilebileceğini gösterdiler.
Discovery, bilim adamlarının bir malzemede süperiletkenliği nano ölçekte değiştirerek neden olduklarını ve böylece yeni nesil süper iletkenlerin nasıl yaratılacağı hakkında yeni ipuçları sunduklarını işaret ediyor.
Dean ve meslektaşları, diğer Columbia fizikçileri Andrew Millis ve Abhay Pasupathy, makine mühendisi Jim Hone ve malzeme bilimcisi Katayun Barmak ile birlikte, 2020’den beri tungsten diselid ile deney yapıyorlar. Tek bir karbon atomu tabakası – belirli açılarda istiflendiğinde ve büküldüğünde süper iletkendir.
Jarillo-Herrera’nın bulgusundan esinlenilen Dean ve meslektaşları, benzer bir yaklaşımın “iki boyutlu” materyaller olarak adlandırılan diğer ultra ince yaklaşımın işe yarayıp yaramayacağını görmek için yola çıktılar.
Dean, “Önemli bir soru, süperiletkenliğin grafenin benzersiz özelliklerinden kaynaklanıp kaynaklanmadığıydı veya daha ziyade iki boyutlu malzemelerin herhangi bir kombinasyonunu bükerek indüklenebilir” diyor.
Columbia araştırmacıları, yıllarca tungsten diselid ile güreştikten sonra, son zamanlarda kazanan bir formül buldular: iki sayfayı yan yana yerleştirin, bunlardan birini beş derece döndürür ve bunları -272.7 ° C’ye veya mutlak sıfırın yaklaşık yarım derecesine kadar soğutun. Araştırmacılar nihayet bir yük uyguladıklarında, elektronlar malzemeden yıldırım hızında yükseldi – büyüklükte sıradan metallerden geçtiklerinden daha hızlı.
Tungsten diselide’de süperiletkenliğin keşfi, ondan önceki grafende olduğu gibi, daha çok yönlü süperiletkenler tasarlamanın daha büyük hedefine doğru bir adımdır. Bu egzotik materyallerin her ikisi de elektrik, bunlardan etkilenmeden akmadan önce olağanüstü düşük sıcaklıklara soğutulmalıdır, yani şu anda tıbbi görüntüleme ekipmanlarında ve bir avuç diğer gelişmiş teknolojilerde bulunan süperiletkenlere henüz uygulanabilir alternatifler değildir.
Ancak Dean’in atılımı, yıllar içinde malzeme bilimindeki en önemli ilerlemelerden biri olarak kabul edilir ve bilim adamlarının bir gün daha pratik koşullar altında çalışabilen süper iletkenleri mühendislik yapabilecekleri süper iletkenlik mekanizması ve besleyici iyimserlik hakkında önemli yeni bilgiler sağlar.
“Oda sıcaklığında çalışan bir süperiletken geliştirmek gerçekten rüyadır,” diyor Dean, böyle bir malzemenin elektroniklere dayanan neredeyse tüm endüstrilerde, hesaplamadan ve tıptan güç üretimine ve ulaşıma kadar devrim yaratacağını da sözlerine ekledi.
“Keşifimiz, bu rüyayı gerçeğe dönüştüren anahtar olabilir.”
