Süperiletkenler (elektriği direnç olmadan ileten malzemeler) bir yüzyıldan fazla bir süredir fizikçilerin ilgisini çekmektedir. Geleneksel süperiletkenler iyi anlaşılmış olsa da, topolojik süperiletkenler olarak bilinen yeni bir malzeme sınıfı son yıllarda yoğun ilgi görmüştür.
Bu süper iletkenlerin, hataya dayanıklı kuantum hesaplama alanını değiştirebilecek egzotik durumlar olan Majorana yarı parçacıklarına ev sahipliği yapabildikleri bildirildi. Yine de bu yeni toplu topolojik süperiletkenlerin temel özelliklerinin çoğu nispeten bilinmemektedir ve bu durum, olağandışı elektronik durumlarının alttaki kristal kafesle nasıl etkileşime girdiğine dair açık sorular bırakmaktadır.
Profesör Guo-qing Zheng’in Kazuaki Matano, S. Takayanagi, K. Ito ve Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Organizasyonu’ndan (KEK) Profesör H. Nakao ile birlikte yürüttüğü yeni bir çalışmada, Fiziksel İnceleme Mektupları 22 Ağustos 2025’te araştırmacılar katkılı topolojik yalıtkan Cu’nunXBi2Bak3 süperiletken duruma girerken kristal kafesinde küçük ama kendiliğinden bozulmalara uğrar.
Bu, şimdiye kadar fizikçiler tarafından bilinmeyen bir olay olan, kristal kafese bağlanabilen ve onu süperiletken geçiş sırasında bozabilen bir topolojik süperiletkenin ilk açık kanıtını işaret ediyor.
Süperiletkenlik tipik olarak konakçı kafesi dokunmadan bırakan elektron eşleşmesiyle ilişkilidir. Ama Cu’daXBi2Bak3Nadir bir spin-üçlü topolojik süperiletken olan Prof. Zheng ve meslektaşları, d vektörü olarak bilinen süperiletken düzen parametresi kristalin yüksek simetri eksenlerinden uzağa doğru eğildiğinde milyonda yaklaşık 100 parçalık bozulmalar gözlemlediler. Daha simetrik durumlarda veya kiral süperiletken durumun hakim olduğu yüksek katkılı kristallerde böyle bir bozulma bulunamadı.
Prof. Zheng, “Çalışmamız kafes distorsiyonunun sadece bir yan ürün olmadığını, aynı zamanda alışılmadık süperiletken aşamaları tanımlamak için önemli bir teşhis olduğunu gösteriyor” diye ekledi. Çalışma, Cu’da kırık spin-rotasyon simetrisini gösteren daha önceki nükleer manyetik rezonans deneylerine dayanıyor.XBi2Bak3spin-üçlü eşleşmenin bir imzası. Araştırmacılar, sinkrotron X-ışını kırınımını açı çözümlü duyarlılık ölçümleriyle birleştirerek süperiletken simetri ile malzemenin yapısal tepkisi arasında doğrudan bir bağlantı kurdular.
Temel öneminin ötesinde, keşfin pratik sonuçları da var. Prof. Zheng, “Topolojik bir süper iletken, hataya dayanıklı kuantum hesaplamaya uygulanabilir. Bu tür süper iletkenlerden kuantum bitleri üretirken malzemenin temel özelliklerini bilmek önemlidir” dedi.
Yığın topolojik süperiletkenler oldukça az sayıdadır ve özellikleri yeterince anlaşılamamıştır. Bu durum bunların laboratuvar dışında kullanımını sınırlamıştır. Araştırmacılar yeni sonuçların şu gerçeği değiştirmeye yardımcı olabileceğine inanıyor: “Malzemelerin nadir olması ve özelliklerinin yeterince bilinmemesi nedeniyle toplu topolojik süper iletkenler endüstride kullanılmadı. Çalışmamız, yeni nesil kuantum bilgisayarların yapımında endüstriyel uygulamaları ilerletecek.”
Bulgular ayrıca demir bazlı malzemeler, Kagome kafesleri ve bükülmüş çift katmanlı grafen dahil olmak üzere çok bileşenli süper iletkenlerle ilgili daha geniş çalışmalarla da örtüşüyor. Bu sistemlerin tümü, süperiletken düzen parametresinin kafes serbestlik derecesine bağlandığı egzotik durumlara ev sahipliği yapabilir.
Yine de araştırmacılar açık soruların devam ettiği konusunda uyarıyorlar. Bağlantının gücü, kristal büyümesi sırasında ortaya çıkan kusurlara karşı hassas görünüyor; bu da numune hazırlama ve saflığın gelecekteki deneylerde ve potansiyel uygulamalarda merkezi bir rol oynayacağını gösteriyor.
Bu araştırma, yoğun madde fizikçilerine, süperiletkenliğin bir kafesi nasıl bozabileceğini ortaya çıkararak topolojik kuantum durumlarını araştırmak için yeni bir mercek sağlıyor ve alanı kuantum teknolojileri için bu egzotik özelliklerden yararlanmaya bir adım daha yaklaştırıyor.
