Washington DC'deki George Washington Üniversitesi'nden bir malzeme bilimcisi olan Russell Hemley, 4 Mart'ta Amerikan Fizik Derneği'nin Mart toplantısında bir araştırmacı kalabalığına söyledi: "Bunun artık yeni bir süperiletkenlik dönemi olduğuna inanıyoruz."
Görüntüler arkasındaki ekranı aydınlatıyordu: karşıt elmasların süper sert noktaları, sıcaklık ve elektrik direnci grafikleri arasındaki küçük şeyleri ezmek için bir cihazın şeması, merkezinde kaba, siyah bir "X" ile parlayan bir top.
Bu son görüntü yeni dönemin kendisinin somutlaşmışıydı: Dünya'nın çekirdeğinde yarı yolda bulunanlara benzer basınçlara sıkışmış ve New England'da kış sonlarına yaklaşan sıcaklıklara lazerle ısıtılmış küçük bir lantan süperhidrit (veya LaH10) örneği . (Bu, ısıyı genellikle aşırı laboratuar soğukluğunda yapılan süperiletkenlik araştırma standartlarına göre haşlıyor.) Bu koşullar altında, Hemley ve ekibi, LaH10'un atomlar arasındaki elektron hareketine direnmeyi bıraktığı görülüyor. Görünüşe göre, Hemley'nin APS konuşmasında ve 14 Ocak'ta Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde yayınlanan bir "oda sıcaklığı süperiletkeni" olarak adlandırdığı bir makalede olur.
Donmuş bilim
1911'de Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes, aşırı düşük sıcaklıklarda bazı maddelerin olağandışı elektriksel özellikler sergilediğini keşfetti.
Normal şartlar altında, iletken bir malzemeden (bakır tel gibi) geçen bir elektrik akımı, yol boyunca bir miktar yoğunluğu kaybedecektir. Elektrik şebekelerimizde kullandığımız çok iyi iletkenler bile kusurludur ve tüm enerjiyi bir güç istasyonundan duvar prizinize taşıyamaz. Bazı elektronlar yol boyunca kaybolur.
Ancak süperiletkenler farklıdır. Süper iletken tel döngüsüne sokulan bir elektrik akımı, herhangi bir kayıp olmadan sonsuza kadar daire yapmaya devam edecektir. Süperiletkenler manyetik alanları dışarı atar ve bu nedenle mıknatısları güçlü bir şekilde iter. Yüksek hızlı hesaplama ve diğer teknolojilerde uygulamaları vardır. Sorun şu ki, süperiletkenlerin genellikle çalıştığı aşırı düşük sıcaklıklar, onları ortak kullanım için pratik değildir.
Harita olmadan avlanma
Yüzyılı aşkın bir süredir fizikçiler daha sıcak malzemelerde süperiletkenlik peşindeler. Ancak süperiletkenlik bulmak biraz çarpıcı bir altın gibidir: Geçmiş deneyim ve teoriler size nereden bakmanız gerektiğini söyleyebilir, ancak pahalı, zaman alıcı bir kontrol işi yapana kadar aslında nerede olduğunu bilemezsiniz.
Roma'nın Sapienza Üniversitesi fizikçisi Lilia Boeri, Hemley'den sonra LaH10'dan bile daha sıcak süperiletkenlerin olasılığını araştıran ve bunun gibi malzemelerin nedenini açıklayan Lilia Boeri, "Çok fazla malzemeniz var. Keşfetmek için büyük bir alanınız var" dedi. aşırı basınçlarda süperiletken.
1986'da araştırmacılar, mutlak sıfırın 30 derece üzerindeki veya eksi 406 derece Fahrenheit (eksi 243 santigrat derece) üzerindeki sıcaklıklarda süperiletken olan seramikleri ortaya çıkardılar. Daha sonra, 1990'larda, araştırmacılar yeni tür süperiletkenleri ortaya çıkarabileceklerini görmek için ilk önce çok yüksek basınçlarda ciddiyetle baktılar.
Ancak bu noktada Boeri, Live Science'a verdiği demeçte, bir malzemenin süperiletken olup olmayacağını veya test edilene kadar hangi sıcaklıkta yapacağını belirlemenin hala iyi bir yolu yoktu. Sonuç olarak, kritik sıcaklık kayıtları - süperiletkenliğin göründüğü sıcaklıklar - çok düşük kaldı.
Boeri, "Teorik çerçeve oradaydı, ancak bunu kullanma kabiliyetleri yoktu." Dedi.
Bir sonraki büyük atılım, araştırmacılar, magnezyum diboridin (MgB2) mutlak sıfırın 39 derecesinde veya eksi 239 ° C (eksi 234 ° C) üzerinde süper iletken olduğunu gösterdiğinde 2001'de geldi.
"Oldukça düşüktü," dedi, "ama o zaman büyük bir atılımdı, çünkü daha önce mümkün olanın iki katı olan kritik bir sıcaklıkta süperiletkenliğe sahip olabileceğinizi gösterdi."
Ezici hidrojen
O zamandan beri, sıcak süperiletkenlerin avı iki temel şekilde değişti: Malzeme bilim adamları, daha hafif elementlerin süperiletkenlik için cezbedici olanaklar sunduğunu fark ettiler. Bu arada, bilgisayar modelleri, teorisyenlerin malzemelerin aşırı koşullarda nasıl davranabileceğini önceden tahmin edebilecekleri noktaya ilerledi.
Fizikçiler bariz bir yerde başladı.
"Yani, hafif elementler kullanmak istiyorsun ve en hafif element hidrojendir," dedi Boeri. "Ama sorun hidrojenin kendisidir - bu süper iletken yapılamaz, çünkü bir yalıtkandır. Bu nedenle, bir süperiletken sahibi olmak için önce bir metal yapmanız gerekir. Ona bir şey yapmalısınız ve yapabileceğiniz en iyi şey sıkıştırmak. "
Kimyada bir metal, serbestçe akan bir elektron çorbasında oturdukları için birbirine bağlanmış atomların herhangi bir koleksiyonudur. Bakır veya demir gibi metal dediğimiz çoğu malzeme oda sıcaklığında ve rahat atmosferik basınçlarda metaliktir. Ancak diğer malzemeler daha zorlu ortamlarda metal haline gelebilir.
Teorik olarak hidrojen bunlardan biridir. Ama bir sorun var.
Hemley, mevcut teknoloji kullanılarak yapılabileceğinden çok daha fazla baskı gerektiriyor, dedi Hemley konuşmasında.
Bu, araştırmacıları metaller oluşturacak çok fazla hidrojen içeren materyalleri avlıyor ve umarım ulaşılabilir basınçlarda süper iletken hale geliyor.
Şu anda Boeri, bilgisayar modelleriyle çalışan teorisyenlerin süperiletken olabilecek deneyci materyaller sunduğunu söyledi. Ve deneyciler test etmek için en iyi seçenekleri seçerler.
Hemley, bu modellerin değerinde sınırlar olduğunu söyledi. Laboratuarda her tahmin ortaya çıkmaz.
Toplanan kalabalığa, "Bu çalışmada hesaplamalar çok etkili bir şekilde kullanılabilir, ancak bunun eleştirel olarak yapılması ve nihayetinde deneysel testler yapılması gerekir." Dedi.
Hemley ve ekibinin "oda sıcaklığı süperiletkeni" LaH10, bu yeni araştırma döneminin en heyecan verici sonucu gibi görünüyor. Karşı taraftaki iki elmasın noktaları arasındaki Dünya atmosferinin (200 gigapaskal) basıncının yaklaşık 1 milyon katına kadar ezilen bir LaH10 örneği, mutlak sıfırın üstünde veya 8 F'nin (eksi 13 C) süper iletken olduğu görülüyor.
Aynı makalede açıklanan deneyin başka bir çalışması, mutlak sıfırın veya 7 ° C'nin (280 ° C) üstünde 280 derece süper iletkenlik gösterdi. Bu soğuk bir oda sıcaklığıdır, ancak elde etmek için çok zor bir sıcaklık değildir.
Hemley konuşmasını, yolda, bu yüksek basınçlı çalışmanın hem sıcak sıcaklıklarda hem de normal basınçlarda süper iletken olan malzemelere yol açabileceğini öne sürerek sona erdirdi. Belki de basınç uygulandıktan sonra bir malzeme, basınç serbest bırakıldıktan sonra bir süper iletken olarak kalabilir. Veya belki de yüksek sıcaklıklarda öğrenilen kimyasal yapı hakkındaki dersler, süper iletken düşük basınçlı yapılara giden yolu gösterebilir.
Bu bir oyun değiştirici olurdu, dedi Boeri.
“Bu şey temelde temel bir araştırma. Uygulaması yok” dedi. "Ama diyelim ki baskı altında çalışan bir şey buldunuz, diyelim ki, şimdi olduğundan 10 kat daha düşük. Bu, süper iletken kablolara, diğer şeylere kapı açar."
Yaşamı boyunca bir oda sıcaklığı, oda basıncı süperiletkeni görmeyi bekleyip beklemediği sorulduğunda, hevesle başını salladı.
"Kesinlikle," dedi.
