Kuantum malzemeyi esneten bilim insanları iki farklı süperiletken durum keşfetti

Japonya’daki Okayama Üniversitesi’nden bilim insanları, yıllardır çelişkili deneysel sonuçlar veren CsV₃Sb₅ kuantum malzemesinde iki süperiletken durumun bir arada bulunabildiğini ortaya koydu. Tek yönde uygulanan gerinim, bu durumların ayrıştırılmasını ve geçiş sıcaklığının artırılmasını sağladı. Araştırmacılar böylece malzemenin karmaşık elektronik düzenini değiştirmeden süperiletkenlik mekanizmasını inceleme imkanı elde etti.

KAGOME METALLERİNDE ÇELİŞKİ 

CsV₃Sb₅, atomların birbirine bağlı üçgen desenleri oluşturduğu 'kagome metalleri' ailesinde yer alıyor. Malzeme, yaklaşık 94 Kelvin’de (−290°F) 'yük yoğunluğu dalgası' adı verilen elektronik bir yeniden düzenlenme geliştiriyor. Yaklaşık 2,5 Kelvin’e (−455°F) soğutulduğunda ise elektriği dirençsiz ileten süperiletken duruma geçiyor.

Önceki deneylerin bir kısmı süperiletkenlik enerji aralığının tamamen açık kaldığını gösterirken, diğerleri aralığın sıfıra indiği “düğümler” bulunduğuna işaret ediyordu. Bu sonuçlar, malzemede iki farklı süperiletken durum bulunduğuna ilişkin çelişkili yorumlara yol açıyordu.

GERİNİMLE SICAKLIK ARTIŞI 

Doç. Dr. Shinji Kawasaki ve Prof. Guo-qing Zheng liderliğindeki ekip, yüksek kaliteli kristallere özel bir piezoelektrik gerinim hücresiyle tek eksenli gerilim uyguladı. Süreç, nükleer kuadrupol rezonans ölçümleriyle izlendi. Yüzde +0,90 çekme gerinimi altında süperiletkenlik geçiş sıcaklığı 3,0 Kelvin’den 3,6 Kelvin’e (−453°F) yükseldi.

Sıkıştırmaya dayanan basınç uygulamaları aynı düzeyde iyileşme sağlamazken, çekme gerinimi mevcut yük yoğunluğu dalgasını koruyarak süperiletkenliği güçlendirdi.

İKİ AYRI GEÇİŞ 

En yüksek çekme geriniminde yapılan ölçümler, iki ayrı süperiletken geçişini gösterdi. İlk geçiş 3,6 Kelvin’de 'düğümlü' durumu öne çıkarırken, 3,0 Kelvin’deki ikinci geçiş 'düğümsüz' bir yapı sergiledi. Normal koşullarda enerjileri birbirine çok yakın olan ve ölçümlerde çelişkili sonuçlar doğuran bu iki durum, gerinimle ayrıştırıldı.

Uygulanan gerinimin düğümlü bileşenin katkısını yüzde 10’dan yüzde 26’ya yükselterek ilgili eşleşme kanalını seçici biçimde desteklediği de belirlendi.

DİĞER MALZEMELERE UYARLAMA 

Kawasaki, CsV₃Sb₅ üzerinde yıllardır yapılan farklı ölçümlerin birbirine zıt durumlara işaret ettiğini, ancak bu durumların birlikte var olabildiğini ve gerinimle ayrılabildiğini belirtti. Araştırmacılar, yük yoğunluğu dalgasını değiştirmeden süperiletkenliği güçlendiren bağımsız kontrol yönteminin başka malzemelere de uygulanabileceğini vurguluyor.

Demir bazlı süperiletkenler ve ağır fermiyonlu malzemeler gibi birden fazla elektronik düzenin bir arada bulunduğu sıra dışı sistemler, olası uygulama alanları arasında yer alıyor.