Karbon-60 Molekül Kristalinde Maddenin Yeni Hâli Keşfedildi

Süperiletkenler, belli bir kritik sıcaklık eşiğinin altında elektrik akımına hiç direnç göstermeyen malzemeler grubudur. İletim elektronlarının çiftler oluşturması ile ilgili bir durum olmakla beraber..
Görsel Telif:

Süperiletkenler, belli bir kritik sıcaklık eşiğinin altında elektrik akımına hiç direnç göstermeyen malzemeler grubudur. İletim elektronlarının çiftler oluşturması ile ilgili bir durum olmakla beraber, mekanizma tüm süperiletkenler türleri için tam anlaşılabilmiş değil.

Geçtiğimiz günlerde, süperiletkenler üzerinde çalışan Japonya merkezli bir araştırma ekibi, maddenin yeni bir metalik hâlini keşfetti. Ekip tamamen karbon-60 atomlarından oluşan “Fulleren” (Buckminster fulleren/Buckyballs) molekülünden yapılan süperiletkenlerle deney yaparken, malzemeye az miktarda rubidyum katarak komşu fullerenler arası uzaklığı değiştirmelerinin hemen ardından yeni hâli gözlemledi. İnceledikleri malzemenin yalıtkan, manyetik, metalik ve süperiletken fazların zengin bir kombinasyonuna sahip olduğunu ve şimdiye dek bilinmeyen madde hâlini de sergileyebildiğini açıklayan araştırmacılar malzemeyi “Jahn-Teller metali” olarak adlandırıyor.

Japonya Tokohu Üniversitesi’nden Kosmas Prassides liderliğinde çalışan takım, moleküllerin elektron katman yapıları ile örgü içindeki uzaklıklarının elektronlar arası etkileşimi arttırarak, süperiletkenliğe yol açmasına yönelik ipuçları elde etmiş oldu. Süperiletkenliğin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olmanın yanında, bu çalışma daha yüksek sıcaklıkta süperiletkenliğini koruyan yeni moleküler malzemelerin geliştirilmesini de sağlayabilir.

Moleküllerin ayarlanması

C-60 döner yapısı

Süperiletken fullerid (C-60 ve 3 tane alkali metal atomu) örgüleri, 20 yıldan uzun süredir incelenmiş ve ilginç bir sınama alanı olmuştur. Çünkü fullerid molekülleri arası uzaklık (dolayısıyla malzemenin elektronlara bağlı özellikleri), malzemeye basınç uygulayarak veya farklı atomlarla beslenerek ayarlanabilmektedir.

Bu son çalışmada sezyum fullerid (Cs-3 ve C-60) molekülleri kullanılmış ve malzemenin 35 K sıcaklık ve 7 kbar basınç koşullarında süperiletken faza geçtiği saptanmıştır. Sezyum atomlarından bazılarının yerine rubidyum atomu koyularak moleküller arası uzaklık değiştirilmiş, böylece molekülleri yaklaştırarak basınç uygulama etkisi taklit edilmiştir.

Basınç artışıyla iletkenliğe geçiş

Molekülün elektronik durumunun Jahn-Teller etkisine bağlı olarak çarpıtıldığı düşük basınç koşullarında malzeme yalıtkandır. C-60 normalde ikosahedral (yirmi yüzlü) yapıya sahiptir; yani futbol topuna benzer. Ama sezyum tarafından bağışlanan üç elektronun varlığından ötürü molekül rugby topunu andırmaya başlar. Rubidyum eklenerek basınç arttırıldığında, moleküllerin elektronik durumları örtüşmeye başlar ve malzeme “Mott geçişi” ile basit bir metal hâline gelir. Bu nokta süperiletkenliğin anlaşılması için kritik önem taşır, çünkü kritik eşik sıcaklığı altında süperiletkenleşen işte bu metalik fazdır.

Rugby Topu

Bu “metal-yalıtkan geçişi”nin şaşırtıcı yanı, daha önce hiç görülmeyen bir ara durum içermesi olsa gerek. Malzemeye Jahn-Teller metali adı verilmesinin nedeni, kızılötesi spektroskopi ile incelendiğinde fullerid moleküllerinin açıkça rugby topu benzeri yassılaşma sergilemeleri ki, bu sadece yalıtkanlarda oluyor diye biliniyordu. Ancak nükleer manyetik rezonans ölçümleri, elektronların molekülden moleküle atlama yapabildiklerini, yani iletkenlik olduğunu açıkça ortaya koyuyor. Dolayısıyla rugby topuna benzemekle beraber, iletken olan bir durumla karşı karşıya olduğumuz anlaşılıyor.

Liverpool Üniversitesi’nden takım üyesi Matthew Rosseinsky şöyle diyor: “Malzemenin hem Jahn-Teller yamulmaları sergilemesi, hem de metal olması çok ilginç.” Jahn-Teller metalinin sıcaklığı düşerken süperiletken faza geçmesini sağlayan elektron çift oluşturma mekanizması henüz anlaşılamamış olsa da, bu malzemenin zamanla daha iyi anlaşılacağı ve yeni teknolojilere kapı açacağı kuşkusuz.


Kaynak: Physicsworld.com “New state of matter found in crystal made from buckyballs” <http://physicsworld.com/cws/article/news/2015/may/06/new-state-of-matter-found-in-crystal-made-from-buckyballs>


 

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak istersen
Patreon üzerinden
aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv