Bu haber, süperiletkenliğin henüz günlük hayatımıza girecek kadar oda sıcaklığında çalışabilen türüyle ilgili olmasa da, kuantum mekaniğinin en tuhaf sonuçlarını test etmek için kullanılan bir yöntemi konu alıyor. Araştırmacılar, aslında var olmayan ancak var oldukları gibi davranan 'sanal' fotonların, bir süperiletkenin davranışını olumsuz yönde nasıl etkilediğini ortaya koydu. Bu bulgu, süperiletkenlik hakkında önemli bilgiler sunabilir.
Sanal Gerçeklik ve Kuantum Alanları
Kuantum alan teorisi, oldukça karmaşık bir konu olsa da, basitleştirilmiş haliyle boş uzayın bile çevresindeki kuantum nesnelerinin etkileşimlerini yönetebilecek alanlarla dolu olduğunu söylüyor. Farklı parçacıklar, bu alanların enerjetik uyarılmaları olarak düşünülebilir. Örneğin, bir foton, kuantum alanının enerjetik bir durumudur.
Bu parçacıklardan bazıları lazerden yayılan ve bir dedektör tarafından algılanan fotonlar gibi gerçek varlıklara sahiptir. Ancak kuantum alanı, parçacıklar arasındaki elektromanyetik kuvveti ileten sanal fotonlara da izin verir. Bunları doğrudan algılayamasak da etkilerini kesinlikle izleyebiliriz.
Bunun en garip sonuçlarından biri, güçlü bir elektromanyetik alana sahip bölgelerin, gerçek fotonlar olmasa bile sanal fotonlarla dolu olabilmesidir.
Yeni çalışmanın merkezindeki malzemelerden biri olan bor nitrür, bu noktada devreye giriyor. Daha iyi bilinen grafen gibi, bor nitrür de makroskopik tabakalar oluşturan, birbirine kenetlenmiş altıgen halkalardan oluşur. Bu malzemenin, içinden geçen ışık üzerinde bir etkisi vardır. Bir yönde ışık malzemeye çarparak emilir veya dağılırken, tabakaların düzlemine paralel yönlendirildiğinde, bor ve azot atomları arasındaki boşlukta seyahat edebilir.
Ancak durum tam olarak bu kadar basit değil. Tekil tabakalar içindeki atomların düzenli aralığı ve tabakalar arasındaki mesafe nedeniyle, yalnızca belirli dalga boyları sorunsuz bir şekilde geçebilir.
Özetle, altıgen bor nitrür, sınırlı sayıda dalga boyuna karşı oldukça seçici olan çok belirgin bir elektromanyetik alan oluşturur. Bu da, etrafta foton olmasa bile bu dalga boylarındaki bol miktarda sanal fotonun malzeme içinde bulunması anlamına gelir. Yeni araştırma, bu sanal fotonların varlığını, alışılmadık bir süperiletkenlik türü hakkındaki bir fikri test etmek için kullandı.
Biraz Daha Az Süper
Bakır ve organik malzemelerin bir karışımı olan κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br (kısaca κ-ET) olarak bilinen sıra dışı bir süperiletken bulunmaktadır. Bu, harika bir süperiletken değildir; kritik sıcaklığı yalnızca 12 Kelvin'dir. Ancak, daha geleneksel bakır bazlı süperiletkenlere hakim olan mekanizma ile süperiletkenlik göstermez. Karbon-karbon çift bağının süperiletkenliğin başlamasında rol oynadığına dair bir beklenti vardı, ancak bu deneysel olarak test edilmesi zor bir konuydu.
Yeni çalışmada yer alan araştırmacılar, bu karbon-karbon bağının gerilme frekansının, bor nitrürden geçebilen kızılötesi dalga boylarıyla eşleştiğini fark ettiler. Bu, bol miktarda sanal fotonun yakınında bulunmasının karbon-karbon titreşimlerini ve dolayısıyla süperiletkenliği etkileyebileceği olasılığını gündeme getirdi. Bu nedenle, bir parça κ-ET süperiletkeni ve üzerine bor nitrür tabakası yerleştirdikleri bir cihaz ürettiler.
Süperiletkenlerin bir özelliği, manyetik alanları dışlamalarıdır. Araştırma ekibi, bor nitrürün varlığının, bir mıknatısı süperiletkene yaklaştırma kuvvetini azalttığını buldu. Yüzeye başka malzemeler yerleştirildiğinde herhangi bir etki görülmedi, bu da bunun bor nitrüre özgü bir şey olduğunu düşündürüyor. Benzer şekilde, ilgili bir süperiletken bor nitrürden etkilenmedi. Tüm bunlar, κ-ET ve bor nitrür arasındaki etkileşimde ayırt edici bir şey olduğunu gösteriyor. Ve kritik olarak, bu, bor nitrürden gerçek fotonların geçmediği zamanlarda gerçekleşiyor.
Şundan bir şeyi vurgulamak gerekirse: Bor nitrür, süperiletkenliği bastırıyor, iyileştirmiyor. Araştırmacılar, bastırmanın süperiletkenliğin ne kadar derinliğine nüfuz ettiğinden emin değiller, bu nedenle kritik sıcaklığı da azaltıp azaltamayacağını belirleyememişlerdir.
Dolayısıyla, bu özel etkileşim, daha yüksek sıcaklıktaki süperiletkenlere giden bir yol olmayacaktır. Ancak, tuhaf bir fiziğin zekice bir gösteriminden biraz daha fazlası olabilir. Öncelikle, bor nitrür, başka yollarla elde edilmesi zor olabilecek bir şekilde bir süperiletkenin içindeki neler olduğunu karakterize etmemize yardımcı oluyor. Ve farklı dalga boylarında rezonanslara sahip olabilecek, potansiyel olarak çeşitli farklı probların geliştirilmesine izin verebilecek aynı tür katmanlı yapıya sahip bol miktarda başka malzeme var.
Daha genel olarak, bu, süperiletkenliği bu amaç için geleneksel olarak kullandığımız iki kaldıraç - sıcaklık ve basınç - dışında şekillerde manipüle edebileceğiniz fikrini doğruluyor. Daha iyi performans gösteren süperiletkenlerden bazılarının, genel kullanım için asla çok ekonomik olmayacak sıcaklık ve/veya basınç gerektirmesi muhtemeldir. Ancak amaç, bunları öğrenmenin, aynı şeyi daha ulaşılabilir koşullar altında başarma yollarını bulmamıza yardımcı olabileceğiydi. Ancak malzemenin kimyasını değiştirmek dışında bunu yapmanın bir yolu olduğu her zaman açık değildi. Bu yeni çalışma potansiyel bir alternatif öneriyor.
