MIT Araştırmacıları Üç Katmanlı Grafende Alışılmadık Süperiletkenlik İşaretlerini Doğruladı

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) fizikçiler, "sihirli açı" bükümlü üç katmanlı grafenin (MATTG) alışılmadık süperiletkenlik sergilediğine dair en doğrudan kanıtı sunarak yoğun madde fiziği alanında önemli bir ilerleme kaydetti. Bu keşif, malzemenin sıfır elektrik direnci gösterdiği anlarda belirgin bir V şeklinde süperiletkenlik boşluğu gözlemlenmesiyle karakterize edilen, geleneksel süperiletkenlik modellerinden sapmayı açıkça ortaya koyuyor. Araştırmanın temelini, elektron tünellemesi ile elektriksel iletim ölçümlerini birleştiren yeni bir deneysel platformun geliştirilmesi oluşturdu; bu yöntem, süperiletkenlik boşluğunun doğrudan gözlemlenmesini sağladı.

Bu bulgular, Science dergisinde yayımlandı ve modern teknolojiler için kritik öneme sahip olan, oda sıcaklığında süperiletkenliğe yol açabilecek mekanizmaların anlaşılmasına ışık tutuyor. Bu çalışmanın baş yazarları arasında, bu yeni deneysel sistemi geliştirmede kilit rol oynayan MIT lisansüstü öğrencisi Shuwen Sun ve doktora mezunu Jeong Min Park yer alıyor. Park, geleneksel süperiletkenlerde elektron çiftleşmesinin atomik kafes titreşimleri yoluyla gerçekleştiğini belirtirken, MATTG'de bu çiftleşmenin daha güçlü elektronik etkileşimlerden kaynaklandığı teorisini öne sürüyor. Bu farklılık, MATTG'nin süperiletken hale gelme biçiminin kendine özgü, alışılmadık bir mekanizmaya dayandığını gösteriyor.

MIT ekibinin metodolojik başarısı, deneysel platformlarının kendisinden kaynaklanmaktadır; bu platform, iki boyutlu malzemelerde süperiletkenlik boşluğunun ortaya çıkışını gerçek zamanlı olarak izlemelerine olanak tanıdı. Bu yeni yaklaşım, daha önce yalnızca dolaylı olarak ima edilen alışılmadık süperiletkenlik olgusunun kesin deneysel doğrulanmasını sağladı. Süperiletkenler, elektrik akımını direnç olmadan taşıyarak MRI tarayıcıları ve parçacık hızlandırıcıları gibi teknolojilerde halihazırda kullanılmaktadır; ancak geleneksel olanlar aşırı soğuk sıcaklıklar gerektirir. MATTG'deki bu keşif, enerjisi hiç kaybolmayan elektrik şebekeleri ve daha işlevsel kuantum bilgisayarlar gibi gelecekteki teknolojilerin önünü açabilecek yeni bir süperiletken sınıfının geliştirilmesine yönelik kritik bir adımdır.

Araştırmada, Japonya'daki Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü'nden (NIMS) Kenji Watanabe ve Takashi Taniguchi de ortak yazarlar olarak yer aldı. Watanabe ve Taniguchi'nin NIMS'teki çalışmaları, grafen ve hekzagonal bor nitrür (hBN) gibi malzemelerin kristal örgü yönelimlerinin belirlenmesi ve bu malzemelerin süperiletkenlik gibi etkileşimli durumları incelemek için kritik öneme sahip olduğu daha geniş bağlamla örtüşmektedir. MATTG'nin kendisi, üç atomik incelikteki grafen tabakasının belirli bir açı altında üst üste yığılmasıyla oluşturulur ve bu ince bükülme, sıradan malzemelerde bulunmayan egzotik kuantum etkileşimlerini tetikler. Bu çalışma, MATTG'nin geleneksel Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) teorisi tahminlerinden sapan bir boşluğa sahip olduğunu göstererek geleneksel olmayan bir süperiletken düzeni kanıtlıyor.