Normal Basınçta 30 Yıllık Süperiletkenlik Rekoru Kırıldı
Modern teknoloji dünyası, enerjiyi taşırken ve işlerken yaşanan devasa kayıpları sıfıra indirgemenin yollarını arıyor. Elektrik akımının herhangi bir dirençle karşılaşmadan akması anlamına gelen süperiletkenlik, bu arayışın en kutsal hedefi olarak kabul edilir. Houston Üniversitesinden bilim insanları, laboratuvarda ürettikleri özel bir malzeme sayesinde normal atmosfer basıncı altında bugüne kadar ulaşılan en yüksek süperiletkenlik geçiş sıcaklığına ulaşmayı başardı. Houston ekibi, tam 30 yıldır kırılamayan eski rekoru geride bırakarak süperiletkenlik sınırını 151 Kelvin yani eksi 122 santigrat dereceye kadar taşıdı. Bu başarı, elektrik şebekelerinden kuantum bilgisayarlara kadar pek çok alanda maliyetleri düşürecek yeni bir dönemin kapısını aralıyor.
Houston Üniversitesi Fizik Bölümü ve Teksas Süperiletkenlik Merkezinde (TcSUH) yürütülen çalışmalar, süperiletkenliğin ilk keşfedildiği 1911 yılından bu yana ambient (normal) basınç altında kaydedilen en büyük ilerleme niteliğindedir. Fizikçiler Ching-Wu Chu ve Liangzi Deng tarafından gerçekleştirilen bu deneylerin sonuçları, saygın tıp ve bilim dergilerinden Proceedings of the National Academy of Sciences bünyesinde yayımlandı. Gelişmenin teknik boyutunu açıklayan kıdemli yazar Profesör Chu, mevcut elektrik şebekelerinde enerjinin yaklaşık yüzde 8'inin daha iletim aşamasında ısıya dönüşerek kaybolduğunu belirtti. Bu kaybın sıfırlanması, küresel ölçekte milyarlarca dolarlık tasarruf anlamına geldiği gibi, karbon salınımını azaltarak çevresel tahribatın da önüne geçebilir.
30 Yıllık Aşılmaz Duvar Nihayet Yıkıldı
Süperiletken malzemelerin endüstriyel olarak yaygınlaşamamasının arkasındaki en büyük engel, bu özelliğin sadece mutlak sıfıra yakın aşırı düşük sıcaklıklarda aktif hale gelmesidir. Bu soğutma işlemlerinde sıvı helyum veya sıvı azot gibi maliyetli ve karmaşık sistemlerin kullanılması gerekiyordu. Malzemeyi normal oda basıncına getirmek ve orada kararlı tutmak, fizik dünyasından gelişmeler izleyen araştırmacılar için on yıllardır bir rüyadan ibaretti. Bilim insanları daha yüksek geçiş sıcaklıklarına sahip malzemeler bulmak için adeta bir yarış halindeydi. 1987 yılında YBCO adlı malzemenin eksi 180 derecede süperiletken hale gelmesiyle küresel bir yarış tetiklenmişti. Ardından 1993 yılında cıva bazlı bir bakır oksit seramiği olan Hg1223, eksi 140 derecede bu özelliğe ulaşarak rekoru eline aldı ve 30 yıldan fazla süre tahtını korudu. Houston ekibi, bu sınır çizgisine 18 santigrat derecelik büyük bir basamak eklemiş oldu.
Bu tarihi başarıya ulaşılmasını sağlayan asıl unsur, "basınçla şoklama" (pressure quenching) adı verilen özel bir üretim metodolojisidir. Endüstriyel elmas üretiminde sıklıkla başvurulan bu yöntem, süperiletkenlik araştırmaları için oldukça yeni bir yaklaşım sayılıyor. Araştırmacılar, sentezledikleri malzemeyi ilk aşamada muazzam bir yüksek basınca maruz bırakarak kristal yapısını sıkıştırdı ve süperiletkenlik davranışını yapay olarak tetikledi. Malzeme bu aşırı basınç altındayken, hassas bir şekilde hesaplanmış kritik bir sıcaklığa kadar soğutuldu. Bu aşamanın hemen ardından, malzeme üzerindeki yüksek basınç aniden ortadan kaldırıldı. Bu ani serbest bırakma hamlesi, yüksek basıncın malzemeye kazandırdığı üstün atomik dizilimi hapsetti. Böylece sistem normal laboratuvar basıncına döndüğünde bile yüksek sıcaklıktaki süperiletken yapısını korumaya devam etti.
Oda Sıcaklığındaki Süperiletkenliğe Doğru Büyük Adım
Her ne kadar normal atmosfer basıncında oda sıcaklığı seviyesine (yaklaşık 300 Kelvin) henüz ulaşılamamış olsa da, 151 Kelvin sınırı bu nihai hedefe doğru atılmış devasa bir adımdır. Mevcut rekor ile oda sıcaklığı arasında hala 140 santigrat derecelik dik bir uçurum bulunuyor. Yardımcı yazar Profesör Liangzi Deng, malzemenin normal basınç koşullarında kararlı kalmasının, diğer bilim insanlarının da mevcut laboratuvar enstrümanlarıyla bu yapıyı rahatça incelemesine olanak tanıyacağını vurguladı. Bu sayede, malzemenin endüstriyel olarak üretilebilir formlara dönüştürülmesi çok daha hızlı gerçekleşebilir.
Deneylerin finansal ve lojistik destekçileri arasında Intellectual Ventures kuruluşu ile Teksas eyaleti yer alıyor. Kurumun süperiletkenlik araştırmaları direktörü Rohit Prasankumar, oda sıcaklığında çalışan süperiletkenlerin bir asırdır bilimin "kutsal kasesi" olarak görüldüğünü hatırlattı. Houston ekibinin aldığı sonuçların bu hedefin hiç olmadığı kadar yakın olduğunu kanıtladığını belirten Prasankumar, aradaki 140 derecelik farkın kapanması için sadece fizikçilerin değil, malzeme bilimcilerin, kimyagerlerin ve mühendislerin de ortak bir çaba göstermesi gerektiğinin altını çizdi. Gelecekte bu teknolojinin olgunlaşması; yüksek hızlı trenlerden MRI cihazlarına, füzyon reaktörlerinden kuantum bilgisayarlara kadar tüm insanlığın yaşam standardını kökten değiştirecektir.
Kaynak: sciencedaily.com Scientists break 30-year superconductivity record at normal pressure
Gökhan Yalta'nın Yorumu: Fizik dünyasında 30 yıldır bir adım bile ileriye gidemeyen bir rekorun, elmas üretiminden devşirme bir basınç şoklama tekniğiyle kırılması tek kelimeyle muazzam bir olay. Profesör Chu ve ekibi, süperiletkenliği laboratuvardaki aşırı ekstrem koşullardan çıkarıp günlük hayata entegre etme yolunda dev bir barajı yıktı. İletim hatlarında kaybolan yüzde 8'lik elektrik enerjisini düşündüğümüzde, bu keşfin ticari hale gelmesi doğrudan milyarlarca doların cebimizde kalması ve doğaya salınan tonlarca emisyonun engellenmesi demektir. Tabii ki önümüzde hala oda sıcaklığına ulaşmak için 140 derecelik ciddi bir mesafe var; ancak normal atmosfer basıncında bu kararlılığı yakalamış olmak, diğer mühendislerin ve kimyagerlerin bu malzeme üzerinde çalışmasını inanılmaz kolaylaştıracak. Bilim dünyasının ihtiyacı olan şey tam olarak bu tarz disiplinlerarası yaratıcı çözümlerdir. Kuantum bilgisayarların soğutma masraflarından kurtulduğunu veya enerji hatlarının hiç ısınmadan elektriği binlerce kilometre öteye taşıdığını göreceğimiz günler artık hayal değil, sadece bir zaman meselesidir.