1911-ci ildə Heike Kamerlingh Onnes elektrik cərəyanını müqavimətsiz keçirən 4,2 Kelvin kritik temperatura qədər soyuduqda ilk superkeçirici olan metal civəni kəşf etdi . Materialşünaslar o vaxtdan bəri bu fenomeni və digər elementlərin və materialların daha yüksək kritik temperaturlara malik olub-olmadığını anlamaq üçün axtarış aparırlar ki, bu da onları praktiki elektrik enerjisinin daşınması üçün faydalı edə bilər, müqəddəs grail isə ətraf mühitin temperaturudur.

Bir çox kimyəvi element müəyyən kritik temperaturdan aşağı yüksək təzyiqə məruz qaldıqda super keçirici olur . Lakin yüksək təzyiqin özünün təbiətinə görə detalları ölçmək çətindir.

Lakin indi Almaniya və ABŞ-dan olan bir qrup elm adamı yüksək təzyiqdə yeni superkeçiricilərin mexanizmləri haqqında anlayışlar təqdim edərək, superkeçirici kükürdün ölçülməsi üçün bir texnika işləyib hazırlayıblar. Əsər Physical Review Letters jurnalında dərc olunub . Digər materiallar araşdırmanı gözləyir.

90 milyard Paskaldan (bir gigapaskaldan (GPa), Yer səthindəki atmosfer təzyiqindən demək olar ki, bir milyon dəfə) çox təzyiqlərdə kükürd elementi qeyri-metaldan metal kimi davranmağa dəyişir. Sonra aşağı temperaturda super keçirici olur. Hazırkı tədqiqatda 160 GPa təzyiq tətbiq olundu və 17 Kelvində kükürdün elektronları Kuper cütləri adlanan cütləşir və superkeçirici vəziyyət bu temperaturun altında davam edir.

Təxminən 3 GPa təzyiq əldə etmək üçün elm adamları pistonlar və ya Bridgman anvil təzyiq hüceyrələrindən istifadə etdilər. Təzyiq hüceyrələri təzyiqi ölçülə bilən elektrik siqnallarına çevirən sensorlardır. Onlar geniş təzyiq diapazonunda nümunəyə bərabər təzyiq tətbiq etmək qabiliyyətinə malikdirlər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1722492557&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-07-technique-superconductivity-high-pressures.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI3LjAuNjUzMy43NCJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMjcuMC42NTMzLjc0Il1dLDBd&dt=1722492557026&bpp=1&bdt=613&idt=555&shv=r20240729&mjsv=m202407250101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D6bf3eefe49031f83%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722492467%3AS%3DALNI_MacAfAOJA8VyURIyKJCZKOtEk96_Q&eo_id_str=ID%3D253fe466b124068d%3AT%3D1721367059%3ART%3D1722492467%3AS%3DAA-Afja3CR3UFVWEVuVSmzApOeu3&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3170404409244&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.25&dmc=8&adx=395&ady=1941&biw=1519&bih=695&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C44795922%2C95333409%2C95334529%2C95334830%2C95337026%2C95337870%2C95339229%2C95336266%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=3212622838317195&tmod=917552411&uas=0&nvt=2&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1536%2C695&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV8xIiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=576

Nümunə daha sonra təzyiq hüceyrəsinə yüklənmiş planar tunel qovşağı ilə tədqiq edilir, tətbiq olunan gərginlik elektronların iki keçirici arasındakı izolyasiya maneəsi üzərindən tunel keçməsinə imkan verən kvant mexaniki tunelə əsaslanan elektron cihaz.

Daha yüksək təzyiqlər əldə etmək üçün tədqiqat qrupu almaz örs hüceyrəsindən istifadə etdi ; aralarında bir nümunə olan bir cüt almaz ucları. Almaz anvil hüceyrəsi ölçüsü bir millimetrdən kiçik nümunələrə 200 GPa-a qədər təzyiq tətbiq edə bilər.

Nümunənin forması – əslində atomdakı elektronların enerji səviyyələri – daha sonra tunel spektroskopiyası ilə ölçülür . Bununla belə, həddindən artıq təzyiq müstəvi tunel qovşağında tunel baryerinin xüsusiyyətlərinə və bütövlüyünə təsir edir və cihaz sızan cərəyanlara və potensial enerji maneəsinin ölçüsünün azalmasına məruz qalır. Mikrometr ölçülü nümunələrə tətbiq etmək də çətindir.

Bu çatışmazlıqları düzəltmək üçün tədqiqat qrupu almaz örs hüceyrəsinin yerində , yəni onun yaşadığı yerdə planar tunel qovşağı yaratmağın bir yolunu inkişaf etdirdi . Bu, 1 meqabardan (100 GPa) yuxarı ölçmələrə icazə verdi.

Müstəvi tunel qovşağının tunel boşluğu iki keçirici – superkeçirici kükürd və tantal arasında yerləşdirilən və hər ölçüdə təxminən 50 mikrometr olan izolyasiya materialından, tantal pentoksiddən hazırlanmışdır. Tantal pentoksidi yüksək sıxlığa və sabitliyə malik idi və tunel boşluğunun eninin yüksək təzyiq altında dəyişməməsini təmin etdi.

Almaniyanın Mainz şəhərindəki Maks Plank Kimya İnstitutundan Feng Du, “Təzyiq bəzi materiallara atmosfer şəraitində, məsələn, hidridlərdə otaq temperaturunda superkeçiricilik yaxınlığında çıxmayan ekzotik xüsusiyyətlər nümayiş etdirməyə imkan verir” dedi. “Bu məqalədə etməyə çalışdığımız şey təzyiqli bir mühitdə super keçiricilik üçün “mikroskop” hazırlamaqdır.”

Onların məqsədi indiyə qədər yüksək təzyiqlərdə ölçülməsi çətin olan yarılma enerjisi də adlanan superkeçirici kükürdün superkeçirici boşluğunu ölçmək idi. Mütləq sıfırda ən yüksək işğal edilmiş elektron enerjisi olan Fermi enerjisinə yaxın Cooper cütünün enerji sıxlığında bir enerji boşluğu olan bu boşluğun ölçüsü və simmetriyası materialdakı super keçirici mexanizmin təbiəti ilə güclü şəkildə bağlıdır.

Birbaşa almaz anvil ucunda müstəvi tunel qovşaqlarının in situ istehsalı tunel spektroskopiyasının ölçmələrini 100 GPa diapazonundan kənar təzyiqlərə qədər genişləndirməyə imkan verdi.

Tunelləmə spektroskopiyası elektron vəziyyətlərin yerli sıxlığını yoxlamaq və nümunə üzərində skan edərkən cihazın ucu arasında cərəyan axını ölçməklə atom miqyasında səthlərin zolaq boşluğunu ölçmək üçün skan edən tunel mikroskopundan istifadə edir.

Bu cihazla qrup kükürdün 17 K kritik temperaturunu ölçdü və təsdiqlədi, sonra təxminən 3 K-ə qədər aşağı düşdü və kükürdün II tip superkeçirici olduğunu təyin etdi .

Qrup indi öz cihazını digər materiallara tətbiq etmək istəyir. “Bu mikroskop bizə yüksək təzyiqdə yüksək temperaturlu superkeçiricilərin “genini” kəşf etməyə kömək edə bilər ” dedi Du, “bu, gələcəkdə atmosfer şəraitində otaq temperaturunda superkeçirici dizayn etməyimizə kömək edə bilər.”

Onlar hidridlər və nikelatlar kimi daha az başa düşülən daha ekzotik materialları araşdırmağa ümid edirlər.

Daha çox məlumat: F. Du et al, Meqabar təzyiqlərində tunel spektroskopiyası: Kükürddə super keçirici boşluğun təyini, Fiziki baxış məktubları (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.036002

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları