Kagome metallerindeki kırık zaman-tersine simetri fazı, süperiletkenlik için koşullar oluşturabilir

Fizikçiler uzun süredir kagome metalleri olarak bilinen bir malzeme sınıfının içinde tuhaf bir kuantum durumunun gizlendiğinden şüpheleniyorlardı, ancak varlığını kanıtlamak zordu. Şimdi, Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden Yeongkwan Kim liderliğindeki bir ekip, bu egzotik durum için şimdiye kadarki en güçlü kanıtı sağlayan bir kagome metali üzerinde deneyler gerçekleştirdi.

Yayınlandığı yer Doğa FiziğiEkibin sonuçları, bu malzemelerin süperiletkenliğe nasıl dönüştüğüne yeni bir ışık tutabilir.

Zamanın tersine çevrilmesi simetrisinin kırılması

Bir süredir, kagome metallerinin “kendiliğinden simetri kırılması” olarak adlandırılan, fiziksel bir sistemin düzensiz bir durumdan daha düzenli bir duruma geçiş yaptığı (tıpkı su moleküllerinin kendilerini düzenli buz kafesi şeklinde düzenlemesi gibi) olağandışı bir olguya ev sahipliği yaptığından şüpheleniliyordu.

Bu etkinin önemli bir çeşidi, zamanın ileri ya da geri akmasına bakılmaksızın aynı şekilde davranan fiziksel sistemlerin bir özelliği olan zamanın tersine çevrilmesi simetrisidir. Bu simetri bozulduğunda sistem bir tür yönsellik kazanır: Elektronları kalıcı mikroskobik döngüler halinde dolaşarak döngü akımı düzeni adı verilen bir durum üretir.

Teorisyenler kagome metallerinde böyle bir durumun var olduğunu tahmin ediyorlardı, ancak bunu tespit etmek son derece zordu çünkü ürettiği sinyaller son derece incelikli ve benzer sıcaklıklarda meydana gelen diğer etkiler tarafından kolayca gizlenebiliyor.

Dairesel polarizasyonla arama

Bu davranışı araştırmak için Kim’in ekibi, sezyum vanadyum antimonit adı verilen özel bir kagome metali ile çalıştı. Bu malzemeyi seçtiler çünkü soğurken birkaç farklı düzenli durumdan geçtiği ve çok düşük sıcaklıklarda süperiletkenliğe (sıfır dirençle elektriği ilettiği yer) ulaştığı biliniyor.

Döngü akımı sırasının bu durumlardan biri olup olmadığını araştırmak için araştırmacılar, malzemeye dairesel polarize ışık (elektrik alanı ilerledikçe dönen) ışınlarını ateşledi. Bu tür ışık, ters zaman simetrisinin bozulduğu bir malzemeye çarptığında, elektrik alanının saat yönünde veya saat yönünün tersine dönmesine bağlı olarak farklı şekilde etkileşime girmelidir. Ekip, bu farkı ölçerek, bilinen başka hiçbir etkinin taklit edemeyeceği, zamanın tersine çevrilmesi simetrisinin bozulduğu bir parmak izi arayabilir.

Yüksek sıcaklıkta süperiletkenliğe giden bir yol mu?

Deneyde net bir sinyal ortaya çıktı ve daha da önemlisi bu sinyal, malzemenin diğer düzenli durumlarının geliştiği sıcaklıkların çok üzerindeki sıcaklıklarda ortaya çıktı. Bu güçlü kanıtla, Kim’in ekibi döngü akımı düzeninin gerçek olduğunu ve diğer geçişlerden önce oluştuğunu, sıcaklık daha da düştükçe yük düzeninin ve ardından süperiletkenliğin sırayla takip ettiğini savunuyor.

Bulgular, fizikçileri yıllardır bölen bir tartışmaya yeni bir ışık tuttu. Araştırmacılar, sonuçlarına dayanarak, kagome metallerinde zamanın tersine çevrilmesi simetrisinin bozulmasının başlı başına farklı bir aşama olduğunu ve bunun süperiletkenlik koşullarının oluşturulmasında aktif bir rol oynayabileceğini öne sürüyorlar. Bu bağlantının daha derinlemesine anlaşılması sayesinde araştırmacılar, daha yüksek ve pratik olarak daha kullanışlı sıcaklıklarda süper iletkenlik sağlayan malzemelerin uzun süreli arayışında yeni ipuçları elde edebilirler.