Periyodik Tabloya Uygulanan Yeni Algoritma ile Süper-İletken Malzeme Keşfi Yapılabiliyor

Algoritma, aktinitlerdeki elektronların düzenlenişini kullanarak, hangisinin hidrojenle birleşip ideal bir örgü oluşturabileceğini öngörebiliyor.
Görsel Telif: davidf/iStock

Elementlerin periyodik tablosunun aktinitler bölümüne bir algoritma uygulayan fizikçiler, nispeten yüksek bir sıcaklıkta süper-iletkenlik özelliği gösterecek şekilde hidrojen ile bağlanabilecek elementlerin hangileri olabileceğini öngörmeyi başardı. Oda sıcaklığında süper-iletkenlik, bilimcilerin uzun süredir peşinde olduğu ve gerçekten varolup olamayacağı tartışmalı bir özellik. Şu anda elimizde çok sayıda süper-iletken malzeme var; ama söz konusu özelliklerini sergilemeleri için ya aşırı düşük sıcaklıklara soğutulmaları ya da aşırı yoğun basınca maruz bırakılmaları gerekiyor. Oda sıcaklığı gibi nispeten yüksek sıcaklıklarda sıfır dirençle elektrik ileten bir malzeme bulmak, çok verimli cihazların geliştirilmesini sağlayabilir.

Moskova Fizik ve Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları tarafından yürütülen çalışmada, özel bir metal tipi olan aktinitlerin hangilerinin, belirli koşullar altında süper-iletkenlik sergilemeye yetecek kadar kararlı olacağını öngören bir süreç tasarladı. Bu sayede, yine de yüksek sayılabilecek olan -20°C (-4°F) sıcaklıkta (ama hâlâ yüksek basınç altında sıkıştırılması gerekti) süper-iletken hâle gelebilen malzeme keşfi yapıldı. Ayrıntılar The Journal of Physical Chemistry Letters dergisinde yayımlandı.

Aktinitler, büyük atom numaraları olan (89 ilâ 103) aktinyum ile lavrensiyum arasındaki 15 metali kapsar. Lantanitler gibi, periyodik cetvelin “dışında” yer alan ayrı bir bloğa yerleştirilirler. Çeşitli metal hidritlerin belirli sıcaklıklarda elektriği iletme şeklinin gözlemleri, bunların periyodik tablodaki konumlarının yansıttığı bir şablon olabileceği konusunda araştırmacıları kuşkulandırdı. Ancak tam bağlantı açıklığa kavuşmamıştı. Deneme-yanılma sonucunda, aktinit dizisindeki elementlerin bazı sınır durumlar sağlayabileceğini fark ettiler. Dolayısıyla ipucu aramak için iyi bir yerdi.

Kimyacı Artem Oganov liderliğinde bir ekip, aktinit hidritlerin özelliklerini süper-iletkenlikleri ile eşleştiren bir algoritma geliştirmeye girişti. “Süper-iletkenlik ile periyodik tablo arasında bağlantı fikrinin kendisi, ilk olarak benim laboratuvarımdaki bir öğrenci olan Dmitry Semenok tarafından ileri sürülmüştü,” diyor Oganov. “Keşfettiği ilke çok basit ve bunun daha önce kimsenin aklına gelmemiş olması gerçekten de şaşırtıcı.” Bir süper-iletken malzeme oluşturmak için hangi elementlerin düzenlenebileceğini öngörmek için yollar bulmak, güç kaynağından çıkan her bir enerji damlacığını sıkıştırmaya odaklanmış bir dünyada çok önemli bir konu.

Elektronların hiçbir atoma çarpmadan kaymasına olanak tanıyan kusursuz bir hayali kablo, ısı biçiminde hiç enerji kaybı olmadan gerçekleşen bir akış demektir. Süper-iletkenler, elektronlarının dolaşıklaşıp Cooper ikilileri oluşturarak, bunu yapmalarını sağlar. Bunu, bazı ülkelerde sadece birden fazla yolcu taşıyan araçlara özel şerit ayrılmasına benzetebiliriz. Bu ikilileri birbirlerine yakın tutacak bir şey olması gerekir; çoğu süper-iletkende, yapılarındaki fonon adı verilen titreşimlerle bu sağlanır. Fononlar kırılgan şeylerdir; o nedenle malzemenin hemen -234,5°C (-390,1°F) civarı sıcaklığa düşürülmesi gerekir. Laboratuvarda bu konuda bir sorun olmaz ama eğer süper-iletkenliği masamızın üzerinde istiyorsak, devasa soğutma ekipmanları gerektirmeyen bir yöntem bulmamız gerekir.

Araştırmacılar 1980’lerden bu yana, elektronlarını kullanarak başka bir çeşit etkileşim yoluyla kararlı Cooper ikilileri oluşturabilen bazı özel malzemeler buldu. En ılık süper-iletken olma rekorunun son sahibi, berbat kokusuyla ünlü “çürük yumurta gazı” hidrojen sülfit olup, -70°C (-94°F) sıcaklıkta süper-iletken gücünü koruyabiliyor; yani sıvı azotlu soğutma ile erişilebilecek bir sıcaklık! Ne yazık ki, bunu yapmak için aynı zamanda 1,5 milyon atmosferlik bir basınçla da sıkıştırılması gerekiyor.

Yine de aşırı miktarlarda basınç gerektirmeden sıfır dirençli akımlarını nispeten ılık sıcaklıklarda koruyabilen malzemeler yapmak için arayış sürüyor. Moskova ekibi tarafından geliştirilen yeni algoritma, aktinitlerdeki elektronların düzenlenişini kullanarak, hangisinin hidrojenle birleşip ideal (güçlü elektron-fonon etkileşimli) bir örgü oluşturabileceğini öngördü. Sonuç, -20°C (-4°F) kadar ılık olabilen süper-iletken aktinyum hidritlerin keşfi oldu. Hâlâ 1,5 milyon atmosferlik basınca gereksinimleri var ama ılık süper-iletken malzemelerin üretimi için elementlerin seçilip eşleştirilmesi, üzerinde çalışmaya değer bir konu.

 

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (1 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

  • Aydın Candan 30 Aralık 2018 - 11:08
  • “1,5 milyon atmosferlik bir basınçla” mı “Hâlâ 1,5 atmosferlik basınca gereksinim..” Hangisi.?

Bunlar da ilginizi çekebilir

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