Oda sıcaklığında süper iletken daha düşük basınçlarda çalışır

 Sonuçlar, daha önceki bir süperiletkenlik kağıdının geri çekildiği bir laboratuvardan alınmıştır.

Yaklaşık 1 mm çapında bir lutesyum hidrit örneği, Rochester Üniversitesi Makine Mühendisliği ve Fizik ve Astronomi Yardımcı Doçenti Ranga Dias'ın laboratuvarında bir mikroskopla resmedilmiştir. Dias, oda sıcaklığında veya yakınında kritik bir sıcaklığa sahip süper iletkenler gibi yeni kuantum malzemeleri yaratma umuduyla malzemeyi yüksek basınçlı bir elmas örs hücresinde (DAC) kullanıyor.

Çarşamba günü, Nature tarafından oda sıcaklığında süper iletken olabilen elementlerin bir karışımını açıklayan bir makale yayınlandı. Çalışma, aşırı basınç kullanarak hidrojeni diğer atomların bir karışımına doldurmanın yeni yollarını bulmaya yönelik genel bir eğilimi takip ediyor. Bu eğilim, önceki araştırmalarda çeşitli yüksek sıcaklık süper iletkenleri üretti, ancak ilgili baskılar nedeniyle bunları karakterize etmek zordu. Bununla birlikte, bu yeni kimyasal, önceki versiyonlardan çok daha düşük basınçlarda süper iletkendir, bu da başkalarının işi kopyalamasını kolaylaştırmalıdır.

Bununla birlikte, kimyasalı üreten laboratuvar, yüksek sıcaklık süperiletkenliği ile ilgili daha önceki makalelerinden birini, önemli ölçümlerinden biriyle ilgili ayrıntı eksikliği nedeniyle geri çekti. Bu nedenle, diğer birçok araştırmacının onu kopyalamaya çalışacağı adil bir bahis.

Düşük(ish)-basınç ortamı

Burada yer alan süperiletkenlik biçimi, elektronların birbirleriyle ortaklaşarak Cooper çiftleri olarak adlandırılan şeyi oluşturmasını gerektirir. Cooper çifti oluşumunu teşvik eden şeylerden biri, bu elektronların ilişkili olduğu atom çekirdekleri arasında yüksek frekanslı bir titreşimdir (fonon adı verilir). Bunu hafif çekirdeklerle düzenlemek daha kolay ve hidrojen etraftaki en hafif olanıdır. Bu nedenle, bir kimyasala daha fazla hidrojen doldurmanın yollarını bulmanın, daha yüksek sıcaklıkta süper iletkenler üretmeye yönelik uygun bir yol olduğu düşünülüyor.

Ancak bunu yapmanın en emin yolu, aşırı baskıları içerir. Bu basınçlar, hidrojenin metallerin kristal yapısına girmesine veya daha düşük basınçlarda kararsız olan hidrojen açısından zengin kimyasallar oluşturmasına neden olabilir. Bu yaklaşımların her ikisi de, süper iletkenliği destekleyecekleri en yüksek nokta olan çok yüksek kritik sıcaklıklara sahip kimyasallarla sonuçlandı. Bunlar oda sıcaklığına yaklaşmış olsa da, gereken basınçlar birden fazla Gigapaskaldı; her bir Gigapaskal, deniz seviyesindeki atmosferik basıncın yaklaşık 10.000 katıydı.

Özünde bu, pratik olmayan basınçlar için pratik olmayan sıcaklıkların değiş tokuş edilmesini içerir.

Bununla birlikte, umut, bu tür hidrojen açısından zengin süperiletkenliği üreten genel ilkeleri belirlemek için bu kimyasalları kullanabilmemiz ve ardından bunları, bakımı çok daha kolay koşullar altında benzer davranış gösteren diğer kimyasalları belirlemek için kullanabilmemizdi.

Yeni gazetede böyle oluyor. Araştırma ekibi, lutesyumun elektron orbitallerinin işgalinin potansiyel olarak Cooper çiftlerinin oluşumuna katılabilecek ve muhtemelen süperiletkenliği kolaylaştıracak birkaç elektron daha sağlaması gerektiği gerçeğine dayanarak lutesyum üzerinde odaklandı. Ve malzemeyi katkılamanın, kimyasalın onu stabilize etmeye yardımcı olacak bir konfigürasyonu benimsemesine izin vererek gerekli basınçları potansiyel olarak düşürmesi umuduyla eser miktarda nitrojen eklediler.

Küt diye

Herhangi bir ölçüm yapılmadan önce lutesyum/nitrojen/hidrojen karışımına bir şeyler olduğu açıktı. Ortam koşullarında, iki gazın eklenmesi, muhtemelen metale sızan hidrojen nedeniyle lutesyumu maviye çevirdi. Ancak, basınç binlerce atmosfere yükseldiğinde, karışım dramatik bir pembeye dönüştü ve bunun, karışımın metalik hale gelmesiyle ilişkili olduğu ortaya çıktı. Basınçları atmosferik basıncın 30.000 katının üzerine çıkarmaya devam etmek, metalik özelliklerini kaybettiğini ve renginin daha koyu bir kırmızıya döndüğünü gördü.

Atmosfer basıncının 3.000 ila 30.000 katı arasındaki tüm aralıkta süperiletkenlik mümkündü. Bu nedenle araştırmacılar, en yüksek kritik sıcaklığı destekleyen basıncı bulmak için bu basınç aralığında çalıştılar. Zirvenin yaklaşık 10.000 kat atmosferik basınçta olduğu ortaya çıktı.

Bu sıcaklık 294 K idi. Yani yaklaşık 21°C veya 70°F ki bu çoğumuz için oda sıcaklığıdır.

Süperiletkenlik, malzemenin manyetik özelliklerini de değiştirir ve makalenin büyük bir kısmı, numunenin manyetik özelliklerinin ölçülmesi tartışmasıyla ele alınır. Numunenin ne kadar küçük olduğu ve numuneyi aşırı basınç altında ezmek için gereken tüm donanımın arasına sıkıştırıldığı düşünülürse, bu yapılması kolay bir şey değil.

Malzemenin ne olduğunu anlamaya çalışmak için de birçok çalışma yapıldı. Neredeyse kesinlikle metale bir miktar hidrojen ve nitrojen katılmıştır, ancak iki gazın herhangi bir fazlasının numuneden çıkarılabileceği göz önüne alındığında ne kadar olduğu açık değildir. Araştırmacılar bunun üzerinde kristalografi yapmaya çalıştılar, ancak sonuçlar biraz belirsiz. Hidrojenden gelen sinyal (bir atom ağırlığı) lutesyumunki (175 atom ağırlığı) tarafından bastırılır ve hidrojenin malzeme içinde hareket etmesi olasıdır.

Bu nedenle, malzemede hidrojenin nerede olabileceğini belirlerken, bu alanlardan kaçının gerçekten işgal edildiği net değil. Ve bu, bu malzemenin davranışından daha büyük ilkelerin çıkarılmasını zorlaştıracaktır.

Buna inanabilir miyiz?

Tüm bunların üzerinde asılı duran, aynı laboratuvarın daha önceki ölçümlerinden bazılarını açıklayan makalenin geri çekilmesidir. Bu geri çekme, araştırmacıların itirazları üzerine Nature'ın editörleri tarafından yapıldı. Manyetik ölçümlerde yer alan verilerle ilgili sorunlar nedeniyle geri çekildi, ancak daha önceki makalede açıklanan kimyasalı yapamadıkları için hiç kimsenin manyetik davranışı doğrulayamaması gerçeği şüphesiz hızlandırdı.

Bu göz önüne alındığında, buradaki içgüdüsel tepki, mevcut çalışmaya güvenmemek olacaktır. Ancak, yeni makalenin tüm hakemlerinin aynı içgüdüsel tepkiye sahip olmasını beklemek de adildir, bu nedenle yeni makalenin çok dikkatli bir şekilde incelenmesi muhtemeldir.

Ancak kilit nokta şu ki, eğer bu çalışma yeniden üretilebilirse, muhtemelen birçok insan bunu nispeten hızlı bir şekilde yapacaktır. Bunun nedeni, oluşturmak için çok daha az ayrıntılı donanıma ihtiyaç duymasıdır. Bir laboratuvarın iyi bir iklimlendirme sistemi olduğu sürece, numuneyi burada belirtilen sıcaklıklarda tutmak önemsiz olmalıdır. Ve gereken basınçlara, bu tür eski malzemelerin gerektirdiği Gigapascal'lara ulaşmak için ihtiyaç duyacağınızdan çok daha az ayrıntılı ekipmanla ulaşılabilir.

Sonuç olarak, bu malzemeye, daha önce hidrojen açısından zengin süper iletkenler üzerinde çalışabilecek olandan çok daha fazla laboratuvar tarafından erişilebilir olmalıdır. Bu nedenle, eğer bu sonuçlar gerçekse, sonuçların raporlarının çok kısa bir süre içinde yeniden üretildiğini görmeliyiz.