WASHINGTON: Araştırmacıların bir süper iletken malzeme pratik uygulamalar için yeterince düşük bir sıcaklıkta ve basınçta.
Nature dergisindeki bir makalede, ABD Rochester Üniversitesi’nden araştırmacılar nitrojen katkılı bir maddeyi tanımlıyorlar. lutesyum hidrit (NDLH), 69 derece Fahrenheit veya 20.6 Santigrat derece ve 10 kilobar veya inç kare başına 145.000 pound veya psi basınçta süper iletkenlik sergiliyor.
145.000 psi hala fazlasıyla yüksek görünse de, deniz seviyesindeki basınç yaklaşık 15 psi veya 1 bar’dır – yük mühendislik çip yapımında rutin olarak kullanılan teknikler, örneğin entegrasyon malzemeler Çalışma, daha da yüksek olan iç kimyasal basınçla bir arada tutulduğunu söyledi.
Makine mühendisliği yardımcı doçenti Ranga Dias liderliğindeki bir ekip, “Bu malzeme, çevresel süperiletkenliğin ve uygulamalı teknolojilerin şafağına işaret ediyor” dedi. fizik.
Bilim adamları, bir yüzyıldan fazla bir süredir yoğun madde fiziğindeki bu atılım için çabalıyorlar.
Süperiletken malzemelerin iki önemli özelliği vardır: elektriksel direnç kaybolur ve yayılan manyetik alanlar süperiletken malzemenin etrafında döner. Bu tür malzemeler şunları sağlayabilir:
1. Elektriği, artık tellerdeki direnç tarafından oluşturulan 200 milyon megavat saate (MWh) kadar kayıp olmadan taşıyan elektrik şebekeleri
2. Sürtünmesiz yüzen yüksek hızlı trenler
3. MRI ve manyetokardiyografi gibi daha uygun fiyatlı tıbbi görüntüleme ve tarama teknikleri
4. Dijital mantık ve bellek cihazı teknolojisi için daha hızlı, daha verimli elektronikler
Araştırmaya göre, yeni keşfin önemi göz önüne alındığında, Dias ve ekibi araştırmalarını belgelemek ve önceki Nature makalesinin ardından gelişen ve dergi editörlerinin geri çekmesine yol açan eleştirilerden kaçınmak için alışılmadık uzunluklara gitti.
Dias, daha önceki makalenin, önceki çalışmayı doğrulayan yeni verilerle Nature’a yeniden gönderildiğini söyledi.
Yeni veriler, laboratuvar dışında, ABD’deki Argonne ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarlarında, süperiletken geçişi canlı olarak görmüş bilim adamlarından oluşan bir izleyici kitlesinin önünde toplandı.
Yeni gazetede de benzer bir yaklaşım izlendi.
Dias, “Gruptaki herkes deneylere dahil oldu” diyor. “Gerçekten kolektif bir çabaydı.”
Nadir toprak metallerini hidrojenle birleştirerek ve ardından nitrojen veya karbon ekleyerek yapılan hidritler, son yıllarda araştırmacılara süper iletken malzemeler yapmak için cazip bir “çalışma tarifi” sağladı.
Teknik açıdan, nadir toprak hidritleri, taşıyıcı donörler olarak hareket eden ve H2 moleküllerinin ayrışmasını artıracak yeterli elektron sağlayan nadir toprak iyonları ile klatrat benzeri kafes yapıları oluşturur. Nitrojen ve karbon, malzemeleri stabilize etmeye yardımcı olur.
Kısacası, süperiletkenliğin oluşması için daha az basınca ihtiyaç vardır.
İtriyuma ek olarak, araştırmacılar başka nadir toprak metalleri de kullandılar. Bununla birlikte, ortaya çıkan bileşikler, uygulamalar için hala pratik olmayan sıcaklıklarda veya basınçlarda süper iletken hale gelir.
Böylece Dias bu sefer periyodik tablo boyunca başka bir yere baktı.
Dias, Lutetium’un “denemek için iyi bir aday” gibi göründüğünü söyledi.
F-orbital konfigürasyonunda fonon (kuantum akustik enerji) yumuşamasını baskılayan ve ortam sıcaklıklarında süperiletkenlik için gerekli olan elektron-fonon eşleşmesini artıran oldukça lokalize, tamamen dolu 14 elektrona sahip olduğunu söyledi.
Dias, “Ana soru şuydu: gerekli basıncı düşürmek için bunu nasıl dengeleyeceğiz? İşte nitrojen burada devreye girdi,” diyor Dias.
Dias’a göre nitrojen, karbon gibi, bir malzemede daha kararlı, kafes benzeri bir kafes oluşturmak için kullanılabilen sert bir atomik yapıya sahiptir ve düşük frekanslı optik fononları sertleştirir.
Çalışma, bu yapının daha düşük basınçlarda süperiletkenlik için stabilite sağladığını söyledi.
Dias’ın ekibi yüzde 99 hidrojen ve yüzde 1 nitrojenden oluşan bir gaz karışımı oluşturdu, saf bir lutesyum örneğiyle bir reaksiyon odasına yerleştirdi ve bileşenlerin iki ila üç gün boyunca 392 Fahrenheit veya 200 Santigrat derecede reaksiyona girmesine izin verdi. .
Elde edilen lutesyum-azot-hidrojen bileşiği başlangıçta “parlak mavimsi bir renge” sahipti, kağıt belirtiyor.
Bileşik daha sonra bir elmas örs hücresinde sıkıştırıldığında, “şaşırtıcı bir görsel dönüşüm” gerçekleşti: çalışma, süper iletkenliğin başlangıcında maviden pembeye ve ardından süper iletken olmayan parlak kırmızı bir metalik duruma dönüştü.
Dias, “Çok parlak kırmızıydı” dedi. “Renkleri bu yoğunlukta gördüğümde şok oldum. Spock’ın 2009’da popüler olan Star Trek filminde yarattığı bir malzemeden sonra, bu durumdaki malzeme için mizahi bir şekilde bir kod adı – ‘reddmatter’ – önerdik.” Kod adı takıldı.
Süper iletkenliği tetiklemek için gereken 145.000 psi basınç, Dias’ın laboratuvarında oluşturulan önceki düşük basınçtan neredeyse iki kat daha düşük.