Süper İletken Olan Cooper Çiftlerinin Aynı Zamanda Süper Yalıtkan Olduğu Keşfedildi
Gerçekleştirilen yeni bir çalışma, süper iletken olan Cooper çiftlerinin aynı zamanda süper yalıtkan olduklarını ortaya çıkardı. Araştırmacıların bu buluşu teorik olarakta fizikte bazı değişikliklere neden olabilir.
Fizikçiler uzun zamandır Cooper çiftlerinin dirençsiz elektrik iletmesini sağlayanın elektron çiftleri olduğunu düşünüyorlardı. Yeni bir çalışma ise çiftlerin ya serbestçe hareket edip süper iletken bir durum yarattıklarını ya da bir malzemenin içinde sıkışıp, hiç hareket edemeyen bir izolasyon hali yarattıklarını belirledi.
Science dergisinde yayınlanan makale, Cooper çiftlerinin normal metallerin yaptığı gibi bir miktar dirençle de elektrik üretebileceğini gösterdi. Araştırmacıların bulguları, yeni bir teorik açıklama gerektirecek olan tamamen yeni bir konu açıklıyor.
Brown Üniversitesi’nden fizik profesörü Jim Valles, “Bu metalik durumun, ince süper iletkenlerde, süper iletkenlik sıcaklıklarına doğru soğutulurken ortaya çıkacağına dair kanıtlar vardı. Ancak bu durumun Cooper çiftlerini de içerip içermediği açık bir soruydu. Bu soruyu test etmemize olanak sağlayan bir teknik geliştirdik. Gerçekten de Cooper çiftlerinin metalik durumda yükü taşımaktan sorumlu olduklarını gösterdik. İlginç olan, hiç kimsenin temel düzeyde bu işi nasıl yaptıklarından emin olmaması. Bu yüzden bu bulgunun tam olarak ne olduğunu anlamak için biraz daha teorik ve deneysel çalışmaya ihtiyaç var” dedi.
Cooper çiftleri isimlerini, “süper iletkenlikteki Cooper çiftlerinin açıklaması” ile 1972 yılında Nobel Ödülü alan fizik profesörü Leon Cooper’dan alıyor. Direnç, elektronlar bir malzemenin atomik yapısı içinde hareket edip salındıkça ortaya çıkar. Fakat elektronlar Cooper çiftleri olmak için bir araya geldiklerinde dikkate değer bir dönüşüm geçirirler. Elektronlar kendi başlarına fermiyon durumundadırlar.
Fermiyon, Pauli’nin dışlanma ilkesine göre her elektronun kendi kuantum halini koruma eğiliminde olduğu anlamına gelir. Ancak Cooper çiftleri aynı durumu paylaşan bozonlar gibi davranırlar. Bu bozonik davranış, Cooper çiftlerinin hareketlerinin direnci sıfıra indirecek şekilde diğer Cooper çiftleriyle birlikte koordine etmelerini sağlar.
2007 yılında Brown Üniversitesi’nde mühendislik ve fizik profesörü olan Jimmy Xu ile birlikte çalışan Jim Valles, Cooper çiftlerinin süper iletkenliğin yanı sıra yalıtkan durumlarda üretebileceğini gösterdi. Çok ince malzemelerde, Cooper çiftleri uyumlu hareket etmek yerine yerlerinde kalmayı tercih ederler. Bu şekilde bir malzemenin içinde küçük adalarda mahsur kalırlar ve bir sonraki adaya atlayamazlar.
Yeni çalışmada Jim Valles, Jimmy Xu ve meslektaşları, Cooper çift yalıtkanlarını ortaya çıkaran tekniğe benzer bir teknik kullanarak süper iletken olmayan metalik durumda Cooper çiftleri bulmaya çalıştılar. Bilim insanları bu çalışmada ince delikli bir süper iletkenin (iridyum baryum bakır oksidi(YBCO)) desenlemesini yaptılar. Malzemenin içinden geçen bir akım olduğunda ve malzeme manyetik bir alana maruz kaldığında, malzemedeki yük taşıyıcılar bir tahliye borusunun içinde dönen su gibi deliklerde döndüler.
Araştırmacılardan Jim Valles, “Bu yüklerin hangi sıklıkta döndüğünü ölçebiliriz. Bu şekilde, frekansın bir seferde sadece bir tane yerine iki elektronun dolaşmasıyla tutarlı olduğunu tespit ettik. Dolayısıyla bu durumdaki yük taşıyıcıların tek elektronlar değil Cooper çiftleri olduğu sonucuna varabiliriz” dedi.
Araştırmacılar, bozon benzeri Cooper çiftlerinin bu durumdan sorumlu olduğu fikrinin sürpriz olacağını düşünüyor. Çünkü bu durumun olmaması gerektiğini söyleyen kuantum teorisi unsurları var. Bu durumda olanları anlamak, yeni teorik ufuklara yol açabilir. Ancak bunun olması için daha fazla araştırma yapılmalıdır.
Bilim insanları, bu olgunun yüksek sıcaklıkta bir süper iletkende tespit edilmesinin ilerideki araştırmaları daha pratik hale getireceğini söylüyor. YBCO, -181 santigrat derece sıcaklıkta süper iletken olmaya başlar ve metalik faz hemen bu sıcaklığın üzerinde başlar. Bu sıcaklık oldukça “soğuk” görünebilir. Ancak mutlak sıfıra yakın aktif olan diğer süper iletkenlerden çok daha sıcak bir derecedir. Bu yüksek sıcaklık, bu metalik fazda neler olduğunu daha iyi anlamaya yönelik spektroskopi ve diğer teknikleri kullanmayı kolaylaştırır.
Kaynak : webtekno.com
