Süper iletkenlerin hassas ölçümü için yeni araç – Bilim Gazette

Mustafa

New member
Hidrojen (çoğumuz gibi) basınç altında tuhaf davranır. Teori, bu hafif, bol miktarda bulunan, normalde gaz halindeki elementin, Dünya atmosferinin bir milyon katından daha fazla ağırlık altında ezildiğinde önce bir metale ve daha da tuhafı, elektriği hiçbir direnç olmadan ileten bir süper iletkene dönüştüğünü öngörüyor.

Bilim insanları, hidritler olarak adlandırılan hidrojen açısından zengin süper iletken bileşikleri, havaya uçan trenlerden, gücü mükemmel verimlilikle ileten elektrik şebekelerine, yeni tür elektronik ve hafıza cihazlarına kadar pratik uygulamalar için anlamaya ve sonunda kullanmaya istekliydi. Ancak bunların ve diğer malzemelerin muazzam, sürekli baskı altındaki davranışlarını incelemek pratik olmaktan çok uzaktır ve bu davranışları doğru bir şekilde ölçmek bir kabus ile imkansız arasında bir yerde değişir.


Yüksek basınçlı bir süperiletken tarafından manyetik alanların dışarı atılmasını tespit edebilen elmas örs hücresindeki nitrojen boşluğu merkezlerini gösteren bir sanatçının çizimi.

Kredi bilgileri: Ella Marushchenko


Bilim araştırmacıları artık hidrit süperiletkenlerin yüksek basınçtaki davranışlarının nasıl ölçüleceği ve görüntüleneceği konusundaki zorlu problem için temel bir araca sahip olduklarına inanıyorlar. Nature dergisinde yayınlanan raporda, kuantum sensörlerinin standart bir basınç oluşturucu cihaza yaratıcı bir şekilde entegre edildiği ve böylece basınçlı malzemenin elektriksel ve manyetik özelliklerinin doğrudan okunmasına olanak sağlandığı bildiriliyor.

Yenilik, Fizik Profesörü Norman Yao '09, Ph.D. ile uzun süredir devam eden bir işbirliğinden geldi. '14 ve Boston Üniversitesi profesörü ve eski Bilim doktora sonrası araştırmacısı Christopher Laumann '03, birkaç yıl önce birlikte teorisyen geçmişlerinden yüksek basınç ölçümünün pratik değerlendirmelerine geçtiler.

Aşırı basınç altında hidritleri incelemenin standart yolu, elmas örs hücresi adı verilen ve iki parlak kesim elmas arayüzü arasına az miktarda malzeme sıkıştıran bir alet kullanmaktır. Bir numunenin süper iletken hale gelecek kadar ezildiğini tespit etmek için fizikçiler genellikle ikili bir imza ararlar: elektrik direncinin sıfıra düşmesi ve yakındaki herhangi bir manyetik alanın itilmesi, yani Meissner Etkisi. (Bu nedenle sıvı nitrojenle soğutulan seramik bir süperiletken mıknatısın üzerinde asılı kalacaktır.)

Sorun bu ayrıntıları yakalamakta yatıyor. Gerekli basıncı uygulamak için numunenin, ezilmeyi eşit şekilde dağıtan bir conta ile yerinde tutulması ve ardından bir hazneye kapatılması gerekir. Bu, içeride neler olup bittiğini “görmeyi” zorlaştırıyor, bu nedenle fizikçiler, farklı etkileri ayrı ayrı ölçmek için birden fazla örnek içeren geçici çözümler kullanmak zorunda kaldı.

Yao, “Süper iletken hidritlerin alanı biraz tartışmalıydı, bunun nedeni kısmen yüksek basınçtaki ölçüm tekniklerinin çok sınırlı olmasıydı” dedi. “Sorun şu ki içeriye öylece bir sensör ya da sonda yapıştıramazsınız çünkü her şey kapalı ve çok yüksek basınç altında. Bu da odanın içinden yerel bilgilere erişimi son derece zorlaştırıyor. Sonuç olarak hiç kimse tek bir örnekte süperiletkenliğin çift imzasını gerçekten gözlemleyemedi.”

Sorunu çözmek için araştırmacılar akıllıca bir iyileştirme tasarladı ve test etti: Elmasın atomik kristal kafesinde doğal olarak oluşan kusurlardan oluşan ince bir sensör katmanını doğrudan elmas örsünün yüzeyine entegre ettiler. Daha sonra, nitrojen boşluk merkezleri adı verilen bu etkili kuantum sensörlerini, numune basınçlandırıldığında ve süper iletken bölgeye geçerken odanın içindeki bölgeleri görüntülemek için kullandılar. Konseptlerini kanıtlamak için, yaklaşık bir milyon atmosfer basınçta süper iletken haline geldiği bilinen bir malzeme olan veya fizikçilerin megabar rejimi dediği seryum hidrit ile çalıştılar.

Yeni araç, yalnızca yeni süper iletken hidritlerin keşfedilmesini sağlayarak değil, aynı zamanda devam eden çalışmalar için mevcut malzemelerde imrenilen özelliklere daha kolay erişim sağlayarak alana yardımcı olabilir.

“Bunu hayal edebilirsiniz çünkü artık bir şeyler yapıyorsunuz. [nitrogen vacancy] Laumann, elmas örs hücresi ile 'bu alanın artık süper iletken olduğunu, bu alanın olmadığını' anında görebilir, sentezinizi optimize edebilir ve çok daha iyi örnekler oluşturmanın bir yolunu bulabilirsiniz,” dedi.

ABD Enerji Bakanlığı bu araştırmayı destekledi.