Yüksek Sıcaklık Süperiletkenleri
Bakır-oksit seramiklerde sıvı azotun kaynama noktasının üzerinde süperiletkenliğin keşfi, beklentileri altüst etmiş ve BCS kuramının açıklayamadığı, geleneksel olmayan bir eşleşme mekanizmasını ortaya koymuştur.
Tanım
Yüksek sıcaklık süperiletkenleri, başlıca bakır-oksit (kuprat) seramikler olmak üzere, geleneksel sınırın çok üzerindeki sıcaklıklarda süperiletkenlik gösteren malzemelerdir; antiferromanyetik Mott yalıtkanlarının katkılanmasıyla (doping) ortaya çıkmakta, d-dalga eşleşmesi sergilemekte ve açıklanamayan, basit bir fonon mekanizması yerine elektronik bir mekanizma tarafından yönlendirildiğine inanılmaktadır.
Kapsam
Bu konu, kuprat ve ilişkili yüksek sıcaklık süperiletkenlerini: katmanlı bakır-oksit yapılarını, antiferromanyetik Mott yalıtkan ana bileşiklerini, psödogap ve süperiletken kubbeyi içeren katkılama (doping) ile faz diyagramını, d-dalga eşleşme simetrisini ve eşleşme mekanizmasının merkezi çözülmemiş sorununu kapsamaktadır. Ayrıca demir bazlı süperiletkenlere ve yüksek basınçlı hidrürlere de değinmektedir. Bu geleneksel olmayan süperiletkenleri, ilgili konulardaki geleneksel BCS tablosuyla karşılaştırmaktadır.
Temel sorular
- Hangi yapısal ve elektronik özellikler kuprat süperiletkenlerini geleneksel metallerden ayırmaktadır?
- Süperiletken durum, antiferromanyetik bir Mott yalıtkanının katkılanmasıyla (doping) nasıl ortaya çıkmaktadır?
- Psödogap nedir ve faz diyagramı kupratları nasıl düzenlemektedir?
- Geleneksel BCS kuramı, yüksek sıcaklık süperiletkenliğini neden açıklayamamaktadır?
Anahtar kavramlar
- Kuprat bakır-oksit katmanları
- Katkılanmış (doping) antiferromanyetik Mott yalıtkan ana bileşik
- Faz diyagramı, psödogap ve süperiletken kubbe
- d-dalga eşleşme simetrisi
- Demir bazlı ve hidrür süperiletkenler
Klinik önem
Yüksek sıcaklık süperiletkenleri, ucuz sıvı azot soğutmasıyla çalışabilmekte, bu da güç kablolarını, arıza akım sınırlayıcılarını ve yüksek alan mıknatıslarını mümkün kılmaktadır; mekanizmalarını anlamak, fizikteki en derin açık sorunlardan biri olarak kabul edilmekte ve şiddetli korelasyonlu elektronlar kuramının merkezinde yer almaktadır.
Tarihçe
Bednorz ve Müller, 1986 yılında bir lantan kupratında 35 K civarında süperiletkenliği keşfetmiş, ertesi yıl Nobel Ödülü'nü kazanmışlardır; 1987'de YBa2Cu3O7'nin sıvı azot sıcaklığının üzerinde, 93 K geçiş sıcaklığıyla keşfi, devam eden bir araştırma patlamasını tetiklemiştir.
Tartışmalar
- Kupratların eşleşme mekanizması
- Keşiflerinden onlarca yıl sonra bile, yüksek sıcaklık süperiletkenlerinde elektronları neyin bağladığı konusunda bir fikir birliği bulunmamaktadır; spin-dalgalanması, rezonans-valans-bağı ve diğer şiddetli korelasyonlu elektronik senaryolar rekabet etmekte ve psödogapın rolü tartışmalı olmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Johannes Georg Bednorz
- Karl Alexander Müller
- Philip Warren Anderson
İlgili konular
Temel eserler
- bednorz1986
- wu1987
Sıkça sorulan sorular
- Yüksek sıcaklık süperiletkenliği neden geleneksel olmayan olarak kabul edilmektedir?
- Kupratlar, BCS fonon eşleşmesinin izin verdiği düşünülen sıcaklıkların çok üzerinde süperiletkenlik göstermekte, iyi metallerden ziyade yalıtkan manyetik ana bileşiklerden ortaya çıkmakta ve s-dalga eşleşmesi yerine d-dalga eşleşmesine sahiptir; bu nedenle mekanizmaları, geleneksel kafes-titreşim mekanizmasından ziyade elektronik görünmektedir.
- Yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin mekanizması çözülmüş müdür?
- Hayır. Büyük çabalara rağmen kupratların eşleşme mekanizması çözülememiştir; yoğun madde fiziğindeki en önemli açık sorunlardan biri olarak yaygın şekilde kabul edilmektedir.