Süperiletkenlik alanında önemli bir gelişme olarak, Manchester Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, yeni oluşturulan tek boyutlu (1D) sistemi kullanarak yüksek manyetik alanlarda başarılı bir şekilde sağlam süperiletkenlik elde etmeyi başardılar. Bu buluş, yoğun madde fiziğinde uzun süredir devam eden bir zorluk olan kuantum Hall rejiminde süperiletkenliğe ulaşmak için umut verici bir yol sunuyor.
Bazı malzemelerin elektriği sıfır dirençle iletme yeteneği olan süperiletkenlik, kuantum teknolojilerinin ilerlemesi için derin bir potansiyel barındırıyor. Bununla birlikte, kuantumlaştırılmış elektrik iletkenliği ile karakterize edilen kuantum Hall rejiminde süperiletkenliğe ulaşmanın büyük bir zorluk olduğu kanıtlanmıştır.
Araştırma, bu hafta (25 Nisan 2024) yayınlandı. Tabiat, Profesör Andre Geim, Dr. Julien Barrier ve Dr. Na Xin liderliğindeki Manchester ekibinin kuantum Hall rejiminde süperiletkenliğe ulaşmak için yaptığı kapsamlı çalışmayı ayrıntılarıyla anlatıyor. İlk çabaları, karşı yayılan uç durumların birbirine yakınlaştırıldığı geleneksel rotayı takip etti. Ancak bu yaklaşımın sınırlı olduğu ortaya çıktı.
Makalenin başyazarı Dr. Barrier şöyle açıklıyor: "İlk deneylerimiz öncelikle kuantum Hall kenar durumları boyunca tetiklenen yakınlık süperiletkenliğine olan güçlü ve ısrarcı ilgiden kaynaklandı." "Bu olasılık, değişmeli olmayan anyonlar olarak bilinen yeni parçacıkların ortaya çıkışıyla ilgili çok sayıda teorik tahmine yol açtı."
Ekip daha sonra, grafendeki alanlar arasındaki sınırların oldukça iletken olabileceğini gösteren önceki çalışmalarından ilham alan yeni bir strateji araştırdı. Bu tür etki alanı duvarlarını iki süper iletken arasına yerleştirerek, düzensizliğin etkilerini en aza indirirken, karşı yayılan kenar durumları arasında istenen nihai yakınlığı elde ettiler.
Dr. Barrier, "İmalat ettiğimiz her cihazda 1 Kelvin'e kadar nispeten 'ılımlı' sıcaklıklarda büyük süper akımları gözlemlemeye teşvik edildik" diye anımsıyor.
Daha ileri araştırmalar, yakınlık süperiletkenliğinin, alan duvarları boyunca yayılan kuantum Hall kenar durumlarından değil, alan duvarlarının kendi içinde var olan kesinlikle 1 boyutlu elektronik durumlardan kaynaklandığını ortaya çıkardı.
Ulusal Grafen Enstitüsü'ndeki Profesör Vladimir Fal'ko'nun teori grubu tarafından var olduğu kanıtlanan bu 1 boyutlu durumlar, kuantum Hall kenar durumlarıyla karşılaştırıldığında süperiletkenlikle hibritleşme konusunda daha büyük bir yetenek sergiledi. İç durumların doğal tek boyutlu doğasının, yüksek manyetik alanlarda gözlemlenen güçlü süper akımlardan sorumlu olduğuna inanılmaktadır.
Tek modlu 1 boyutlu süperiletkenliğin bu keşfi, daha ileri araştırmalar için heyecan verici yollar gösteriyor. Dr. Barrier, "Cihazlarımızda elektronlar aynı nano ölçekli uzayda ve saçılma olmadan iki zıt yönde yayılır" diye açıklıyor. "Bu tür 1 boyutlu sistemler son derece nadirdir ve temel fizikteki çok çeşitli sorunların çözümü için umut vaat etmektedir."
Ekip, kapı voltajını kullanarak bu elektronik durumları manipüle etme ve süperiletken özellikleri modüle eden duran elektron dalgalarını gözlemleme yeteneğini zaten gösterdi.
“Bu yeni sistemin gelecekte bize neler getirebileceğini düşünmek büyüleyici. 1 boyutlu süperiletkenlik, kuantum Hall etkisi ile süperiletkenliği birleştiren topolojik yarı parçacıkların gerçekleştirilmesine yönelik alternatif bir yol sunuyor” diye bitiriyor Dr. Xin. "Bu, bulgularımızın sahip olduğu geniş potansiyelin sadece bir örneği."
İlk 20 boyutlu malzeme grafenin ortaya çıkışından 2 yıl sonra Manchester Üniversitesi tarafından yapılan bu araştırma, süperiletkenlik alanında ileriye doğru atılan bir adımı temsil ediyor. Bu yeni 1D süperiletkenin geliştirilmesinin, kuantum teknolojilerindeki gelişmelere kapı açması ve çeşitli bilimsel toplulukların ilgisini çekecek yeni fiziğin daha fazla araştırılmasına yol açması bekleniyor.