Elektriği sıfır dirençle iletme yeteneği olan süperiletkenlik, bilim dünyasının en değerli hazinelerinden biri. Araştırmacılar, özel bir rhombohedral grafen türü içinde gizlenmiş yeni bir egzotik olgu keşfetti. Bu, birbirine göre belirli açılarla konumlandırılmış ultra ince katmanlardan oluşan doğal bir grafen formu.
MIT'den bir ekip öncülüğünde Nature dergisinde yayınlanan bu yeni bulgular için araştırmacılar, dört ve beş katmanlı rhombohedral grafen ile deneyler yaparak elektron yoğunluklarını değiştirdiler. Düşük sıcaklıklardaki testler, grafenin birden fazla süperiletkenlik haline ev sahipliği yapabildiğini ortaya koydu. Dahası, bu hallerden bazılarının, normalde süperiletkenliği ortadan kaldıran manyetik alanlara maruz kaldıklarında aslında daha da güçlendiği görüldü.
MIT'den fizikçi Long Ju, konuyla ilgili olarak, "Temel fizik açısından, bir manyetik alanın süperiletkenliği yok etmeyip aksine onu güçlendirmesi oldukça egzotik. Bu durumun altında yatan nedenleri anlamak için birçok deneysel sonuç sunduk ve araştırmacılara bu konuda düşünmeleri için gerekli verileri sağladık." açıklamasında bulundu.
Bu ekip daha önce de rhombohedral grafende alışılmadık süperiletkenlik halleri keşfetmişti; bu son çalışma ile birlikte listeye üç yeni keşif daha eklendi. Süperiletkenler, elektronların zıt manyetik spinlere sahip diğer elektronlarla eşleşerek (Cooper çiftleri) malzeme içinde kesintisiz hareket etmesine dayanır. Normal şartlarda manyetik alan eklenmesi, bu elektron çiftlerini bozarak süperiletkenliği ortadan kaldırır.
Ancak bu çalışmada durum farklıydı. Araştırmacılar elektron yoğunluğunu ve manyetik alanın gücünü ve yönünü değiştirdikçe, beklenmedik sonuçlar ortaya çıktı. Bir durumda, süperiletkenlik ancak manyetik alan uygulandığında ortaya çıktı. Diğer iki durumda ise, manyetik alan süperiletkenliği güçlendirdi, yani onu daha dayanıklı hale getirdi ve daha geniş senaryolarda hayatta kalmasını sağladı.
Ju, "Süperiletkenlik aslında güçleniyor, geçiş sıcaklığı 55 milikelvin'den muhtemelen 90 milikelvin'e yükseliyor. Aynı zamanda, süperiletkenlik yok olmadan önce malzeme yüzde 50 ila 60 daha fazla akım taşıyabiliyor. Bu oldukça sıra dışı." diye ekledi.
Sırada, bu süperiletken hallerinin manyetik alanlara karşı neden bir istisna oluşturduğunun nedeni yatıyor. Araştırmacılar henüz bu soruya tam bir yanıt bulamamış olsalar da, bir teorileri var: Bu özel koşullar altında, elektronların aynı spin hizalanmasına sahip diğer elektronlarla eşleşebildiği düşünülüyor. Manyetik alan elektronlara etki etse de, elektronlar zaten aynı yönde hizalandığı için süperiletkenlik korunuyor.
Ju, "İnsanlar bunun basit, sıradan bir karbon malzemesi olduğunu varsayabilir, ancak bu malzemeyi elektrik voltajları gibi deneysel ayarlamalarla kontrol edebiliyoruz. Basit bir fiziksel malzemenin bu kadar çok farklı süperiletken özellik sergilemesinin yolu budur." dedi.
Araştırmacılar şimdi her bir süperiletken halini daha yakından inceleyerek, nasıl oluştuğunu ve manyetik alanlarla nasıl etkileşime girdiğini anlamaya çalışacaklar. (Bu deneylerde Dünya'nın manyetik alanının 180.000 katına kadar çıkan alanlar kullanıldı.)
Buradaki süperiletkenliğin hala ultra-soğuk sıcaklıklara ve özel laboratuvar kurulumlarına dayandığı unutulmamalıdır. Ancak kuantum hesaplama alanında, kararsız kübitlerin kararlılığını artırma gibi potansiyel kullanımları olabilir. Elbette bu uzun vadeli bir hedef.
Şimdilik, bu çalışma rhombohedral grafen gibi doğal olarak oluşan malzemelerden elde edilebilecek egzotik hallerin, özelliklerinde birkaç ayarlama ile daha da zenginleştirilebileceğinin bir kanıtı.
Fizikçi Junseok Seo, "En basit kimyasal ve yapısal malzeme olan kristal karbonu, bu eğlencenin bir parçası olarak kontrol edebiliyoruz. Sadece doğanın bize sunduklarıyla değil, aynı zamanda doğanın bize sunmadığı ancak aynı malzemede var olabilen şeyleri değiştirmek için ek kontroller uygulayarak da ilgileniyoruz." diye belirtti.
