Yüksek Sıcaklıklarda Süper İletkenlik için Yeni Kristal Yapı
Süper iletkenlik, ‘geçiş sıcaklığı’ olarak bilinen belli sıcaklık değerinin altında belli materyallerin elektriksel dirençlerinin yok olmasıdır. Bu olgu, güç kaybını düşürmek ve elektriksel kaynak olmadan elektromanyetik kuvvetin bakımını sağlamak gibi teknolojide devrim yapacak mükemmel etkilere sahiptir. Ancak süper iletkenlik genelde 30 K (Sıvı nitrojenin sıcaklığı, kıyasla, 77 K’dir.) gibi ekstrem düşük sıcaklıklara ihtiyaç duyar, bu yüzden pahalı soğutma teknolojisi gerektirir. Düşük maliyetli bir süper iletken teknolojisini gerçekleştirme şansına sahip olmak için süper iletkenliğin çok yüksek geçiş sıcaklık değerlerine ulaşması gerekir.
Malzeme bilimciler, hidrojen içeren ve ‘metal hidritler’ olarak bilinen, kristal materyalleri kullanarak bu konuya el atmışlardır. Bu materyaller, bir metal atomu ile hidrojen atomunun birleşmesiyle oluşan ve süper iletkenliğin oda sıcaklığına ulaşmasını sağlayabilen bileşiklerdir. Ancak bu bileşikler için de yüksek basınç gerekir, bu yüzden pratik uygulamaları sınırlıdır.
Malzemelerin Kimyası Dergisi’nde yayınlanan yeni bir çalışmada, Japonya İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (JAIST) Profesör Ryo Maezono liderliğindeki bir grup araştırmacı, üçlü hidritler (hidrojen ile iki farklı elementin oluşturduğu bileşik) arasında deneyde kullanılabilecekleri aramak ve yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik araştırmasını genişletmek için bilgisayar simülasyonları yapmışlardır.
Prof. Maezono “Üçlü hidritlerde, elementlerin sayısı ikiden üçe yükselir. Bu artış, muhtemel kombinasyonların sayısını arttır ve uygun materyallerin tahmin edilmesini zorlaştırarak problemi daha da zor hale getirir. Ancak yüksek sıcaklıktaki süper iletkenle karşılaşma şansımızı arttırır” dedi.
Araştırmacılar, üniversitedeki süper bilgisayarı kullanarak (LaH6), (YH6)y (y= 1-4) bileşikleri için muhtemel kristal yapıları incelediler, kararlı yapılar veren konfigürasyonları araştırdılar ve yüksek basınçlı laboratuvarda sentezlediler. Herhangi bir yapıdan başlayarak, elementlerin muhtemel kombinasyonları boyunca simülasyonları yaptılar ve ~ 300 GPa gibi ekstrem yüksek basınçlarda kararlı yapılarını test ettiler.
Simülasyonlar; yüksek sıcaklık ve yüksek basınç değerlerinde uygun olan ve LaH24 ile YH24 maddelerini içeren; LaYH12 ve LaY3H24 bileşiklerinin clathrate (Cmmm-) yapılarını ortaya çıkardı. Prof. Maezono, “Cmmm-LaY3H24 için uzun stoklamalar, geçiş sıcaklığını biraz arttırabilir” dedi. Muhtemel yapılar arasında en yüksek geçiş sıcaklığı (145.31 K- 137.11K) LaY3H24 bileşiğinde gözlemlendi. Araştırmacılar, daha yüksek geçiş sıcaklığının nedenini, malzemelerdeki süper iletkenliği değerlendirmek için kullanılan iki parametre olan, yüksek durum yoğunluğuna ve yüksek fonon frekansına bağladılar.
Bu buluşlar, yüksek sıcaklıkta süper iletkenlik keşfinin olacağını tahmin eden araştırmacıları heyecanlandırdı. Prof. Maezono, “Simülasyonu kullanarak istenilen özellikleri daha da geliştirerek farklı yeni element kombinasyonlarını tahmin etmek mümkün” diyor.
Ufukta potansiyel yeni keşifler varken, pratik bir süper iletken tabanlı teknoloji boş bir hayal olmayabilir!
Kaynak : sciencedaily.com
