ABD ve Çin'deki fizikçiler, çok yüksek basınç altında tutulan malzemelerin manyetik özelliklerinin güvenilir ölçümlerini yapmak için bir teknik geliştirdiler. Yöntemleri, araştırmacıların yüksek sıcaklık ve yüksek basınçta süper iletken olan malzemeleri keşfetmesine yardımcı olabilir.

Yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik son bir veya iki yılda düzenli olarak manşetlere çıktı, ancak çoğu zaman yanlış sebeplerden dolayı. Oda sıcaklığına yakın veya hatta oda sıcaklığının üzerinde süperiletkenlik gösteren malzemelere ilişkin çeşitli iddialar tartışıldı ve bazıları geri çekildi.

Sorunun bir kısmı, bu malzemelerin elmas örs hücrelerinde (DAC'ler) çok yüksek basınçlarda çalışılmasıdır. Bir DAC, iki elmas diş arasında küçük bir numuneyi sıkıştırır ve bu da süperiletkenliğin karakteristik imzalarının gözlemlenmesini çok zorlaştırır. Aslında bu tür örneklerin ayrıntılı atom yapısını bilmek bile zordur.

Tipik olarak süperiletkenlik iddialarının iki kanıtla desteklenmesi gerekir. Birincisi, süperiletken geçiş meydana geldikçe malzemenin direncinin aniden sıfıra düşmesidir. Diğeri ise süperiletken duruma girdiğinde manyetik alanın bir malzemeden dışarı atılması olan Meissner etkisidir.

Yüksek basınç mücadelesi

Bunları aynı anda bir DAC'de yüksek basınçta görmenin zor olduğunu söylüyor Norman Yao Harvard Üniversitesi'nden. "Bu yüksek basınç odasına nasıl bir sonda yerleştirirsiniz? Sadece erişiminiz yok. Numunenin direnci küçük uçlar takılarak ölçülebilir. Ancak manyetik etkileri ölçmek için araştırmacılar genellikle tüm DAC'yi bir solenoid indüksiyon bobini ile çevreler; bu da tüm numune için sadece bir ortalama verir.

Sorun özellikle oda sıcaklığındaki süperiletkenlerle ilgili heyecanın odak noktası olan seryum ve lantan süperhidrürleri gibi malzemeler için ciddidir. Genellikle hidrojen açısından zengin bir bileşiğin varlığında bir metal parçasını ısıtmak için bir lazer kullanılarak yapılırlar. Ancak yüksek basınçta istenen hidrit fazının nerede oluştuğunu ve nerede oluşmadığını bilmek zor olabilir. Yao, deneysel çalışmaların çoğunlukla başarısız olmasının nedeninin bu olduğunu, çünkü bir ucu diğerine bağlayan sürekli bir süper iletken bölgenin bulunmadığını açıklıyor.

Numunenin oldukça homojen olmaması, bir indüksiyon bobini tarafından toplanan ortalama manyetik davranış verilerinin yorumlanmasını da zorlaştırır. Bu özellikle yanıltıcıdır çünkü bu sinyaller arka plan alanıyla karşılaştırıldığında genellikle küçüktür. Sonuç olarak, yüksek basınçta süper iletkenlik iddiaları sıklıkla tartışmalıdır.

Üç yıl önce Yao'nun ekibi ve diğerleri, yerel manyetik alanların DAC elmasları kullanılarak yüksek çözünürlükte ölçülebileceğini gösterdi. Bu kullanılarak yapılır nitrojen boşluğu (NV) kafes kusurları elmasların içinde. Bu kusurlarda, iki bitişik karbon atomunun yerini bir nitrojen atomu ve boş bir kafes bölgesi alır.

Bölünmüş dönüş durumları

Her NV'nin manyetik alanlarla etkileşime giren bir kuantum dönüşü vardır. Bu etkileşim, optik olarak tespit edilen manyetik rezonans adı verilen bir teknik kullanılarak gözlemlenir. Lazer ışığı bir NV'ye parlatıldığında, floresan ışığın yayılmasına neden olur. NV'ye belirli bir rezonans frekansında bir mikrodalga sinyali de uygulanırsa, dönüşü belirli bir duruma getirir ve bu da yayılan floresan ışık miktarını azaltır. Eğer bir manyetik alan da mevcutsa, o dönüş durumunun enerji seviyeleri bölünür. Bu, floresanstaki azalmanın iki farklı mikrodalga frekansında meydana geldiği ve bu frekanslar arasındaki ayrımın manyetik alan gücüyle orantılı olduğu anlamına gelir.

Prensip olarak bu teknik, bir elmas dişin ucuna yakın implante edilmiş NV merkezleri kullanılarak bir DAC numunesi üzerinde uzamsal olarak çözümlenmiş manyetometri gerçekleştirmek için kullanılabilir. Floresan, bir lazerin elmasın arka ucuna ışınlanmasıyla yaratılır.

Yüksek basınç uzmanı şöyle diyor: "NV tekniğinin doğal bir avantajı, süperiletken faz tarafından uygulanan manyetik alanın pertürbasyonunun ölçümünde, numunenin tamamındaki ölçümlerin ortalama etkisinin aksine, yüksek uzaysal çözünürlüğüdür." Mihail Eremetleri Almanya'nın Mainz kentindeki Max Planck Kimya Enstitüsü'nden Dr. Basınçlı lantan süperhidritte yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik üzerinde çalışan Eremets, "Bu, çok daha küçük numunelerin kullanılmasına ve daha yüksek basınçlara ulaşma potansiyeline olanak tanıyor" diye ekliyor.

Deforme olmuş kusurlar

Bununla birlikte, bu manyetometri tekniğiyle ilgili bir sorun vardır çünkü yüksek basınç, NV kusurlarını, manyetometri sinyalini kademeli olarak öldürecek şekilde deforme eder. Daha önce, bu tür NV bölgelerinden gelen floresansın, süperhidritlerin süper iletken fazlarını oluşturmak için çok düşük olan 50-90 GPa basınç civarında kaybolduğu bulunmuştu.

Şimdi Yao ve meslektaşları bu basınç sorununa prensipte basit ama mühendisliği zor olan bir çözüm buldular. Elmas dişin üst yüzü belirli bir kristalografik yönde kesilirse NV bölgeleri bu yönde hizalanır. Bu simetrinin sonucu, basıncın floresansı etkilememesidir. Bu, ekibin yaklaşık 90 K sıcaklıkta ve 140 GPa basınçta bir seryum süperhidrit numunesinin birkaç mikron kadar küçük belirli bölgelerinde süperiletkenliği tespit etmesine olanak sağladı.

Araştırmacılar, bu kristal yönelimi kullanmanın geçmişteki tartışmaları çözmeye ve gelecekteki bazı tartışmaları önlemeye yardımcı olabileceğini söylüyor. Ayrıca araştırmacıların hangi örnek sentez koşullarının en iyi sonucu verdiğini belirlemesine de yardımcı olabilir. Yao, daha önce bir numunenin kesin doğasını belirlemenin zor olduğunu söylüyor. Ancak şimdi, eğer hedef malzeme Meissner etkisi gibi bir manyetik tepkiye sahipse, numunede tam olarak nerede olduğunu tespit etmek ve böylece farklı sentetik stratejilerin ne kadar etkili olduğunu anlamak mümkün olmalıdır.

"Tekniğin bu görüntüleme yeteneği özellikle bünyesinde malzeme bilimcisi, "ortam basınçlarına yakın kararlı olanlar da dahil olmak üzere, bu yüksek sıcaklık süperiletkenlerinde mevcut olan homojensizliklerin karakterizasyonu" diyor Russel Hemley Çalışmada yer almayan Chicago'daki Illinois Üniversitesi'nden.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/diamond-alignment-makes-high-pressure-magnetometry-of-superconductors-possible/