Oda sıcaklığındaki süper iletkenler bizi geleceğe götürebilir

[™ Admin]

Oda sıcaklığındaki süper iletkenler bizi geleceğe götürebilir

Süper iletkenler, güçlü akımlar ve yoğun manyetik alanlar taşır. Ancak şu anda yalnızca kavurucu sıcaklıklarda ve ezici basınçlarda inşa edilebiliyorlar.

Gelecekte, elektriği bir kıtadan diğerine zahmetsizce iletmek için teller okyanusların altından geçebilir. Bu kablolar, dev rüzgar türbinlerinden gelen akımları taşıyacak veya havada asılı duran yüksek hızlı trenlerin mıknatıslarına güç sağlayacaktı.

Tüm bu teknolojiler, fizik dünyasının uzun zamandır aranan bir harikasına dayanıyor: süperiletkenlik, metalin herhangi bir özsuyu kaybetmeden bir elektrik akımı taşımasına izin veren yükseltilmiş bir fiziksel özellik.

Ancak süperiletkenlik, yalnızca çoğu cihaz için çok soğuk olan donma sıcaklıklarında işlev görmüştür. Daha kullanışlı hale getirmek için, bilim adamlarının aynı koşulları düzenli sıcaklıklarda yeniden yaratmaları gerekiyor. Ve fizikçiler süper iletkenliği 1911'den beri biliyor olsalar da, oda sıcaklığındaki bir süper iletken, çöldeki bir serap gibi onlardan hâlâ kaçıyor.

Süper iletken nedir?

Tüm metallerin "kritik sıcaklık" adı verilen bir noktası vardır. Metali bu sıcaklığın altına soğutun ve elektriksel özdirenç neredeyse tamamen ortadan kalkarak yüklü atomların içinden geçmesini ekstra kolaylaştırır. Başka bir deyişle, kapalı bir süper iletken tel döngüsünden geçen bir elektrik akımı sonsuza kadar dolaşabilir.

Bugün, şebeke elektriğinin yüzde 8 ila 15'i jeneratör ve tüketici arasında kayboluyor çünkü standart kablolardaki elektrik direnci doğal olarak bir kısmını ısı olarak dışarı atıyor. Süper iletken teller tüm bu atıkları ortadan kaldırabilir.

Başka bir artısı da var. Elektrik, sarmal bir telden aktığında, bir manyetik alan üretir; süper iletken teller bu manyetizmayı yoğunlaştırır. Halihazırda, süper iletken mıknatıslar MRI makinelerine güç veriyor, parçacık hızlandırıcıların ocaklarını bir döngü etrafında yönlendirmesine, füzyon reaktörlerinde plazmayı şekillendirmesine ve Japonya'nın yapım aşamasındaki Chūō Shinkansen gibi maglev trenlerini itmesine yardımcı oluyor.

Sıcaklığı yükseltmek

Süperiletkenlik harikulade bir yetenek olsa da, fizik soğuk bir uyarıyla onu zayıflatır. Bilinen çoğu malzemenin kritik sıcaklıkları, mutlak sıfırın (-459 derece Fahrenheit) zar zor üzerindedir. Örneğin alüminyum -457 Fahrenheit derecede gelir; -452 derece Fahrenheit'te cıva; ve ılık -443 Fahrenheit derece sıcaklıkta sünek metal niyobyum. Herhangi bir şeyi soğuğa kadar soğutmak sıkıcı ve pratik değildir.

Bilim adamları, bakır ve oksijen içeren bir tür seramik olan kupratlar gibi egzotik malzemelerle test ederek -sınırlı bir kapasiteyle- bunu gerçekleştirdiler. 1986'da iki IBM araştırmacısı, -396 Fahrenheit derecede süper iletken olan bir kuprat buldu ve bu onlara Nobel Fizik Ödülü'nü kazandıran bir buluş oldu. Çok geçmeden, alandaki diğerleri bakır süperiletkenleri -321 Fahrenheit dereceyi, sıvı nitrojenin kaynama noktasını - aksi halde ihtiyaç duyacakları sıvı hidrojen veya helyumdan çok daha erişilebilir bir soğutucu - geçtiler.

Maryland Üniversitesi'nden fizikçi Richard Greene, "Bu çok heyecan verici bir zamandı" diyor. "İnsanlar 'Oda sıcaklığına çıkabiliriz' diye düşündü."

Şimdi, 30 yılı aşkın bir süre sonra, oda sıcaklığında bir süper iletken arayışı devam ediyor. Bir malzemenin özelliklerinin nasıl görüneceğini tahmin edebilen algoritmalarla donatılmış birçok araştırmacı, her zamankinden daha yakın olduklarını düşünüyor. Ancak bazı fikirleri tartışmalıydı.

Çoğaltma ikilemi

Alanın ilerleme kaydetmesinin bir yolu, dikkati kupratlardan hidratlara veya negatif yüklü hidrojen atomları içeren malzemelere çevirmektir. 2015 yılında, Almanya'nın Mainz kentindeki araştırmacılar, -94 Fahrenhayt derecede süper iletken olan bir kükürt hidrit ile yeni bir rekor kırdı. Daha sonra bazıları, nadir toprak elementi lantan hidritiyle hızla kendi rekorunu kırdı ve cıvayı yaklaşık -9 Fahrenheit dereceye, yani bir ev dondurucusunun sıcaklığına çıkardı.

Ama yine, bir sorun var. Kritik sıcaklıklar, çevreleyen basınç değiştiğinde değişir ve hidrit süperiletkenler, görünüşe göre, oldukça insanlık dışı basınçlar gerektirir. Lantan hidrit, yalnızca 150 gigapascal'ın üzerindeki basınçlarda süperiletkenlik elde etti - kabaca Dünya'nın çekirdeğindeki koşullara eşdeğer ve yüzey dünyasındaki herhangi bir pratik amaç için çok yüksek.

New York'un kuzeyindeki Rochester Üniversitesi'ndeki makine mühendisleri, başka bir nadir toprak elementi olan lutetyumdan yapılmış bir hidrürü sunduklarında ne kadar şaşırdıklarını hayal edin. Sonuçlarına göre, lutesyum hidrit yaklaşık 70 derece Fahrenheit ve 1 gigapascal'da süper iletkendir. Bu, deniz seviyesindeki Dünya'nın hava basıncının hala 10.000 katı, ancak endüstriyel aletler için kullanılacak kadar düşük.

Buffalo Üniversitesi'nde teorik bir kimyager olan Eva Zurek, "Bu yüksek bir basınç değil" diyor. "Çoğaltılabilirse, [bu yöntem] çok önemli olabilir."

Ancak bilim adamları henüz tezahürat yapmıyorlar - daha önce bu tür bir girişim gördüler. 2020'de aynı araştırma grubu, bir karbon ve kükürt hidritinde oda sıcaklığında süper iletkenlik bulduklarını iddia etti. İlk tantanadan sonra, meslektaşlarının çoğu verilerini yanlış kullandıklarına ve çalışmalarının tekrarlanamayacağına dikkat çekti. Sonunda, Rochester Üniversitesi mühendisleri teslim oldular ve makalelerini geri çektiler.

Şimdi, lutesyum süper iletkenleriyle aynı sorularla karşı karşıyalar. Greene, "Gerçekten doğrulanması gerekiyor" diyor. İlk işaretler uğursuz: Çin'deki Nanjing Üniversitesi'nden bir ekip yakın zamanda deneyi tekrarlamaya çalıştı, ancak başarılı olamadı.

Greene, "Birçok grup bu çalışmayı yeniden üretebilmelidir" diye ekliyor. "Bunun doğru olup olmadığını çok çabuk anlayacağımızı düşünüyorum."

Ancak yeni hidrit, oda sıcaklığındaki ilk süper iletkeni işaretliyorsa, sırada ne var? Mühendisler yarın gezegen boyunca elektrik hatları çekmeye başlayacak mı? Pek değil. Öncelikle, bu yeni malzemenin farklı sıcaklıklarda ve diğer koşullarda nasıl davrandığını ve daha küçük ölçeklerde nasıl göründüğünü anlamaları gerekiyor.

“Yapının ne olduğunu henüz bilmiyoruz. Bana göre, yüksek basınçlı hidritten oldukça farklı olacak” diyor Zurek.

Süperiletken uygulanabilirse, mühendislerin onu günlük kullanımlar için nasıl yapacaklarını öğrenmeleri gerekecek. Ancak başarılı olurlarsa, sonuç dünyayı değiştiren teknolojiler için bir hediye olabilir.

Makaleler, yapılan herhangi bir satın alma işleminin gelirini paylaşmamızı sağlayan bağlı kuruluş bağlantıları içerebilir.

Kaynak: Popular Science