Katmanlı grafende bulunan garip süperiletkenlik, bizi oda sıcaklığı süperiletkenlerini anlamaya yaklaştırabilir
Ultra ince malzeme grafeni temsil eden bir örnek
Neden soğuk ince karbon tabakaları elektrik akımlarına karşı direnç sunmuyor? İki deney bizi bir cevaba ve hatta pratik oda sıcaklığı süperiletkenlerine yaklaştırıyor.
Massachusetts’teki Northeastern Üniversitesi’ndeki Kin Chung Fong, Harvard Üniversitesi’ndeki başka bir fizikçi Abhishek Banerjee, ona akşam yemeğinde bir sayı söylediğinde sersemletildi. Grafenin farklı yönlerini – sadece bir atom kalınlığında karbon tabakaları – inceliyorlardı, ancak her ikisi de aniden değişmek için grafenden akan bir elektrik akımı için ne kadar zor olması gerektiğine dair aynı tahmin yaptı.
Geçmiş deneyler, iki veya üç tabakalı grafen çok soğuk yığınların, tabakalardan bazıları özel bir açıyla döndürülürse, direnç ve enerji kaybı olmadan mükemmel bir şekilde iletebileceğini veya mükemmel bir şekilde elektrik gerçekleştirebileceğini göstermiştir. Ama bunun neden gizemli kaldı. İki fizikçi, akşam yemeğinde tahmin ettikleri kinetik endüktans adı verilen mülkün cevabı aydınlatabileceğini düşündü.
Fong, “Duygu, ormanda bir odun yürüyüşünde olduğunuzda gibiydi ve aniden, bir dakika bekleyin, bu derin ormandaki tek kişi ben değilim” diyor.
Diğer meslektaşları ile birlikte, fikirlerini iki deneye dönüştürdüler. Bir grup, yığılmış ve bükülmüş grafen tabakası için kinetik endüktansı ölçtü; Üç katmana odaklanan ikinci bir grup.
İki katlı grafen üzerinde çalışan grupta bulunan Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde Joel Wang, kinetik endüktansın ölçülmesinin daha önce zor olduğunu söylüyor. Çok katmanlı grafen sadece çok küçük parçalar halinde üretilebildiğinden, partiküllere veya manyetik alanlara maruz kalmak gibi süper iletken akımlarını ölçmek için standart teknikler aşırı zayıf sinyaller üretti. Bunun yerine, her iki takım da küçük grafen pullarının mikrodalgalara maruz kaldığı bir kurulumu yenilemek zorunda kalırken, araştırmacılar sıcaklık gibi yavaş yavaş çeşitli özellikleri, süperiletkenliğin gerçekleşmesi için çok düşük tutulması gereken özellikler.
Çok katmanlı grafen süper iletkilediğini biliyoruz çünkü içindeki elektronlar eşleşiyor ve bu çiftler akımlar halinde bireysel parçacıklardan daha kolay akıyor. Ancak elektronlar tipik olarak birbirlerini iter. Parçacıkların tam olarak nasıl bir araya geldiği ve bu çiftlerin hangi özellikleri hala anlaşılamıyor.
İki katlı grupta bulunan Tokyo Üniversitesi’nde Miuko Tanaka, “Teori burada deneylerin arkasında (burada)” diyor.
İki tabaka grafen için ekibi, süper iletken akımın çok “daha sert” olduğunu buldu – herhangi bir geleneksel süperiletkenlik teorisi tarafından tahmin edilenden daha fazla değişime direniyor. Bu anomaliyi kuantum geometrisi adı verilen bir şeye kadar takip ettiler. Özellikle, tüm özelliklerini ve olası davranışlarını kodlayan elektronların dalga fonksiyonlarının şekli, bu egzotik süperiletkenliği yönlendiriyor gibi görünüyordu.
Trilayer grafende, araştırmacılar örneklerinin kinetik endüktansı ile tamamen farklı süperiletkenlerin bir ailesinin davranışı – özel özelliklerini çok daha yüksek sıcaklıklarda koruyanlar arasında şaşırtıcı benzerlikler buldular.
Bu nedenle, hem Banerjee hem de Tanaka, bu deneylerin grafen süper iletkenlerinin neden oda sıcaklığı süperiletkenleri için gerekli temel özellikleri ortaya çıkarabileceğine ışık tutmaktan daha fazlasını yapabileceğini söylüyor. Fizikçiler, bu tür materyalleri onlarca yıldır kullanmanın birçok cihazın enerji tüketimini kökten azaltabileceği umuduyla arıyorlar.
“Her iki maddi sistemde de ortaya çıkan ilginç yasalar buluyoruz. Belki ortaya çıkardığımız şey daha derin bir şey ”diyor Banerjee. Her iki takım da diğer çok ince süper iletkenlerle benzer deneyler yapmayı planlıyor.
“Son zamanlarda, ilginç, şaşırtıcı ve biraz olağandışı çok sayıda yeni iki boyutlu süperiletken var,” diyor Zeyu Hao, üç katmanlı grafen araştıran takımda da. Örneğin, bu ayın başlarında farklı bir ekip, tungsten diselid adı verilen bir malzemenin iki katmanlı kristallerinin, katmanlar birbirine göre büküldüğünde süperiletkenlik sergilediğini gösteren araştırmalar yayınladı.
Bu arada, Hao’nun meslektaşı Mary Kreidel, şimdi Kaliforniya’daki NASA Jet Propulsion Laboratuarında, istiflenmiş ve bükülmüş grafen için bir uygulamaya sahip. Birçoğu süperiletken kullanan uzay görevleri için parçacık dedektörleri üzerinde çalışıyor. Çok katmanlı grafenden yapılmışlarsa, daha küçük ve daha hafif – uzay uçuşunda önemli bir avantaj – yapılabilirler.
