• Nisan 28, 2022

İmkansız olduğu düşünülen bir süper iletken devre geliştirildi

İmkansız olduğu düşünülen bir süper iletken devre geliştirildi

Fizik bilimciler uzun süredir imkansız olduğu düşünülen bir süper iletken devre geliştirdi. Bilim insanları, klasik bir malzemeyi benzersiz kuantum özelliklerine sahip bir malzemeyle değiştirerek, uzun süredir imkansız olduğu düşünülen özellikleri gerçekleştirebilen bir süper iletken devre yaptı.

“20. yüzyıl yarı iletkenlerin yüzyılıysa, 21. yüzyıl da süper iletkenlerin yüzyılı olabilir.”

Almanya, Hollanda ve ABD’den araştırmacılar tarafından yapılan keşif, süper iletken devrelerin doğası ve akımlarının nasıl evcilleştirilip pratik kullanıma sunulabileceği üzerine yüzyıllık bir düşünceyi alt üst ediyor.

Süper iletkenlik fiziğine dayanan düşük atık, yüksek hızlı devreler, süper bilgi işlem teknolojisini yepyeni bir düzeye taşımak için altın bir fırsat sunuyor.

Ne yazık ki, bu zahmetsiz elektrik akımı biçimini bu kadar kullanışlı kılan özellikler, yaygın elektrik bileşenlerinin süper iletken versiyonlarını tasarlamada sonsuz zorluklar oluşturmakta.

Örneğin diyot kadar basit bir şey alın. Elektroniğin bu temel birimi, elektronların hareketlerini düzenlemek, dönüştürmek ve ayarlamak için bir araç sağlayan, akımlar için tek yönlü bir işaret gibidir.

Süper iletken malzemelerde, bu bireysel elektronların kimliği bulanıklaşarak Cooper çiftleri adı verilen ortaklara yol açar ve ortaklıktaki her bir parçacığa daha tipik bir elektrik akımının enerji tüketen itişmesinden kaçınma yeteneği verir.

Ancak, iş başındaki olağan direnç yasaları olmadan, bilim insanları, her zaman “karşılıklı” davranış olarak adlandırılan şeyi gösterdikleri için, süper iletken elektronların tek bir yönde hareket etmesini sağlayamadılar.

Bu temel varsayım süper iletkenliğin karşılıklılığı (en azından manyetik alan manipülasyonu olmadan) ihlal edemeyeceği bu alandaki çalışmanın en başından beri devam etti.

Araştırmacılar yeni çalışmalarıyla ilgili bir basın açıklamasında, “70’li yıllarda IBM’deki bilim insanları süper iletken hesaplama fikrini denediler, ancak çabalarını durdurmak zorunda kaldılar. Konuyla ilgili makalelerinde IBM, karşılıklı olmayan süper iletkenlik olmadan süper iletkenler üzerinde çalışan bir bilgisayarın imkansız olduğundan bahsediyor.” diye açıklıyor.

Cooper çiftlerini bile tek yönlü bir sokağa yönlendirebilen bir kuantum bileşeniyle bir tür birleşmeyi gösteren bir deneyin ardından, bu çabaların şimdi yeniden gözden geçirilmesi gerekebilir.

Josephson bağlantıları, süper iletken olan bir çift malzemeyi ayıran süper iletken olmayan ince şeritlerdir. Malzeme yeterince inceyse, elektronlar dünyayı umursamadan onların içinden geçebilir.

Belli bir seviyenin altında, bu ‘süper akım’ gerilime sahip değildir. Kritik bir noktada, kuantum bilgisayarlar gibi uygulamalarda kullanılabilecek dalgalar halinde hızla salınan bir voltaj ortaya çıkar.

Bu akımın yalnızca tek bir yöne gitmesini sağlamak, daha önce harici bir manyetik alan aracılığıyla mümkündü. Ancak araştırmacılar, metal niyobyuma dayalı bir 2D kafes kullanırlarsa, alanı terk edip yalnızca malzemenin kuantum özelliklerine güvenebileceklerini buldu.

Hollanda Delft Teknoloji Üniversitesi’nde fizikçi olan çalışmanın baş araştırmacısı Mazhar Ali, “Bu Nb 3 Br 8’in sadece birkaç atomik katmanını soyabildik ve Josephson diyotu yapmak için gerekli olan ve normal 3D ile mümkün olmayan çok, çok ince bir sandviç (sadece birkaç atomik katman kalınlığında materyaller) yapabildik”  diyor.

Ekip, keşifleri için sağlam bir temel oluşturmak için gereken tüm işlemleri gerçekleştirdiklerinden emin. Yine de yeni nesil bilgi işlemin kalbinde süper iletkenleri görmemiz için daha çok yol var.

Birincisi, süper iletkenlik fenomeni tipik olarak mutlak sıfırın hemen üzerine soğutulan malzemelerde meydana gelir. Bazı süper iletken malzemeler sıcaklıkla başa çıkabilir, ancak aşırı miktarda basınç altında tutulursa.

Bu yeni kuantum bariyerlerine dayanan Josephson bağlantılarının daha yüksek sıcaklıklar ve basınçlar altında nasıl çalıştığını öğrenmek, sonunda oyunun kurallarını değiştirebilir ve dünyanın daha önce benzerini görmediği, inanılmaz derecede verimli süper bilgisayarlar için gereken ekipman miktarını azaltabilir. Mazhar Ali, “Bu, her türlü toplumsal ve teknolojik uygulamayı etkileyecek” diyor.