Süper İletken: LK-99

Yakın zamanda Güney Koreli bilim adamları, açık erişimli “arXiv” arşivinde yayınlanan bir makalede, dünyada ilk kez ortam basıncında çalışan oda sıcaklığında süper iletkeni (Tc ≥ 400 K, 127 °C) modifiye kurşun-apatit (LK-99) yapısıyla sentezlemeyi başardıklarını bildirdiler. “arXiv,” fizik, matematik, bilgisayar bilimi, nicel biyoloji, nicel finans, istatistik, elektrik mühendisliği, sistem bilimi ve ekonomi alanlarında bilimsel makalelere açık erişim sunan bir arşivdir.

Kuantum Enerji Araştırma Merkezi ve KU-KIST Yakınsak Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde çalışan makalenin yazarları Lee Sukbae ve Kim Ji-Hoon, sentezledikleri LK-99 maddesine isimlerinin baş harflerini vermişler. LK-99'un süper iletkenliği kritik sıcaklık (Tc), sıfır özdirenç, kritik akım (Ic), kritik manyetik alan (Hc) ve Meissner etkisi ile kanıtlanmıştır.

LK-99'un süper iletkenliği, sıcaklık ve basınç gibi dış etkenlerden değil, hafif bir hacim büzülmesinden (% 0,48) kaynaklanan çok küçük yapısal bozulmadan kaynaklanır. Büzülme, Pb(2)-fosfatın yalıtkan ağındaki Pb2+(2) iyonlarının Cu2+ ile değiştirilmesinden kaynaklanır ve gerilimi oluşturur. Eşzamanlı olarak silindirik kolonun Pb(1)'ine transfer olur ve bu da arayüzde süper iletken kuantum kuyuları (SQW'ler) oluşturan silindirik kolon arayüzünün bozulmasına neden olur. Isı kapasitesi sonuçları, yeni modelin LK-99'un süper iletkenliğini açıklamaya uygun olduğunu göstermiştir.

LK-99'un arayüzlerdeki çok küçük bozulma yapısının korunmasına izin veren benzersiz yapısı, LK-99'un oda sıcaklığında ve ortam basıncında süper iletkenliğini koruyan ve sergileyen en önemli faktördür.

Apatit, kristalde bulunan OH⁻, F⁻ veya Cl⁻ iyonlarının görece oranlarına göre adlandırılan bir fosfat mineral grubudur. Hidroksiapatit, florapatit ve klorapatit gibi üç en yaygın saf formülü vardır: Ca₅(PO₄)₃. Minerallerin tek formülleri ise şu şekildedir: Ca₅(PO₄)₃, Ca₅(PO₄)₃F ve Ca₅(PO₄)₃Cl.

Meissner Etkisi, süper iletkenlerin sıfır elektriksel dirence sahip olmalarının yanı sıra manyetik alanı itmeleri gibi özelliklere sahip olmalarıdır. Yüklü bir parçacık bir eksen etrafında döndüğünde bir manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alanın yönü, parçacığın dönme yönünü belirler. Havada asılı kalarak dönen mıknatıs örnekleri, Meissner etkisinin en güzel örneklerindendir. Normal iletkenlerden farklı olarak, süperiletken malzemelerin elektriksel direnci sıfır olduğundan diamanyetik özellik gösterirler ve mıknatısı geri iterler. Tam bu esnada manyetik alan çizgileri süperiletkenin dışına itilir, yani akı dışarlaması denilen olay gerçekleşir. İşte bu süreç, Meissner etkileşimi olarak adlandırılır.

Kaynak

Makale

Foto: Julian Litzel