Cornell Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, süperiletken üretimi için yumuşak malzemeleri ve 3D baskıyı birleştiren yenilikçi bir yöntem geliştirerek önemli bir başarıya imza attı. Bu yeni teknik, polimer kimyasını eklemeli imalatla entegre ederek, özellikle MRI teknolojisi ve kuantum bilgisayarlar gibi alanlarda büyük ilerlemeler vaat ediyor.
Bu çığır açan çalışmada üretilen niyobyum nitrür (niobium nitride) malzemesi, 40 ila 50 Tesla aralığında bir kritik manyetik alana ulaşarak bu malzeme için şimdiye kadarki en yüksek değeri elde etti. Bu rekor, özellikle gelişmiş tıbbi ekipmanlarda kullanılan güçlü manyetik alan ortamlarında süperiletkenlerin işlevselliği için büyük önem taşıyor.
Proje lideri Ulrich Wiesner, kullanılan polimerlerin molar kütlesi ile elde edilen süperiletken performans arasında daha önce belirlenmemiş doğrudan bir ilişki olduğunu belirtti. Yaklaşık on yıllık araştırmanın ürünü olan bu gelişme, Cornell ekibinin 2016'da blok kopolimerlerin süperiletken oluşumu için kendi kendine birleşebildiğini göstermesiyle başladı. 2021'de ise bu yumuşak malzeme tabanlı yöntemlerin geleneksel tekniklerle rekabet edebileceği doğrulandı.
Mevcut süreç, geleneksel gözenekli malzeme 3D baskısında yaygın olan birçok adımı ortadan kaldıran tek kap (one-pot) bir sistemle nitel bir sıçrama daha gerçekleştiriyor. Bu yeni yöntem, süperiletken malzemeleri üç farklı ölçekte organize ediyor: atomik düzeyde kristal kafesler, kopolimer kendi kendine birleşimiyle yönlendirilen mezoyapılı kafesler ve doğrudan 3D baskı ile üretilen makroskobik kafesler.
Süreç, baskı sırasında kendi kendine birleşen kopolimerler ve nano parçacıklardan oluşan bir mürekkeple başlıyor. Ardından uygulanan ısıl işlemler, malzemeyi benzeri görülmemiş özelliklere sahip gözenekli kristal bir süperiletken haline getiriyor. Elde edilen gözenekli mimari, kompozit süperiletkenler için rekor bir iç yüzey alanı sağlayarak yeni kuantum malzemelerinin geliştirilmesi için ideal bir özellik sunuyor.
Araştırmacılar, geleneksel yöntemlerle elde edilmesi zor olan üç boyutlu yapılar üretmek amacıyla titanyum nitrür gibi başka bileşikleri de aktif olarak test ediyor. Kimyagerler, fizikçiler ve malzeme bilimcilerinden oluşan disiplinlerarası bir ekibin yürüttüğü bu çalışma, sınırları zorlayan araştırmalarda çapraz disiplin işbirliğinin kritik rolünü vurguluyor. Wiesner'a göre, bu yeni metodoloji, daha önce olduğundan daha basit ve ölçeklenebilir bir şekilde üretilen, özel özelliklere sahip süperiletken nesillerinin yolunu açabilir.