Nanjing Üniversitesinde, yüksek sıcaklıkta süperiletkinliğini sürdürebilen madde geliştirildi. Yüksek sıcaklık süperiletkenliği, günümüz katı hal fiziğinin en büyük açık problemlerinden biri olarak kabul ediliyor. süperiletkenlik, elektrik direncinin tamamen ortadan kalktığı çok düşük sıcaklıklarda ortaya çıkar; bu da cihaz ve teknolojilerin pratik kullanımını sınırlar. “Yüksek sıcaklık” süperiletkenliği, daha az soğutma gerektiren ve potansiyel olarak daha uygulanabilir süperiletkenlik sunuyor.
Araştırmada La₃Ni₂O₇ adlı nikelat bileşiğinin ince film formu kullanıldı. Araştırmacılar malzemeyi atomik ölçekte katman katman büyüttü. Moleküler demet epitaksi adı verilen yöntem, atomların yüzeye kontrollü biçimde yerleşmesini sağlayan bir kristal büyütme tekniği. Malzemenin elektronik özellikleri iki farklı parametre ile ayarlandı: Lantanyum (La) atomlarının bir kısmı stronsiyum (Sr) ile değiştirildi ve oksijen atomlarının sayısı ayarlanarak malzemenin elektronik yapısı ve iletkenlik özellikleri değiştirildi.
Elektronik özelliklerin kontrolü
Düzenleme, malzemenin içindeki elektrik akımını taşıyan parçacıkların türünü ve yoğunluğunu değiştirdi. Katkılama (yani La atomlarının Sr ile değiştirilmesi) arttıkça sistemdeki elektron ve elektron deliği arasındaki denge farklılaşıyor. Araştırmacılar değişimi izlemek için Hall katsayısını ölçtü. Hall katsayısı, bir malzemeye manyetik alan uygulandığında elektrik akımını taşıyan parçacıkların türünü ve yoğunluğunu ölçen parametreye deniyor.
Deneyler, süperiletkenliğin rastgele bir noktada ortaya çıkmadığını gösteriyor. Bunun yerine malzemenin faz diyagramında kubbe şeklinde bir bölge oluşuyor. Bu bölgenin ortasında süperiletkenlik en güçlü haline ulaşıyor. Fizikte bu yapıya “süperiletken kubbe” adı veriliyor. Araştırmada ayrıca süperiletkenliğin zirve yaptığı noktanın Hall katsayısının işaret değiştirdiği yerle çakıştığı görülüyor. Bu değişim, sistemdeki baskın yük taşıyıcılarının deliklerden elektronlara geçtiğini gösteriyor.
Çalışma yalnızca temel fizik açısından değil, teknoloji açısından da büyük önem taşıyor. Daha yüksek sıcaklıklarda çalışan süperiletkenler; enerji kaybı olmayan elektrik iletim hatları, daha güçlü manyetik rezonans görüntüleme sistemleri, parçacık hızlandırıcıları ve manyetik levitasyon trenleri gibi pek çok alanda devrim yaratma potansiyeli taşıyor.
Kaynak: Physical Review Letters