Supersolid: Süperakışkanın Donduğu An

Bilim insanları, graphene içinde bir süperakışkanın “donup” hareketini durdurduğunu gözledi. Bu bulgu, uzun süredir aranan supersolid (süperkatı) benzeri bir kuantum faza işaret ediyor ve süperakışkanlık hakkındaki klasik kabulleri ters yüz ediyor.

Günlük hayatta maddeler soğudukça gazdan sıvıya, ardından katıya geçer. Ancak kuantum dünyasında bu yol her zaman geçerli değil: Aşırı düşük sıcaklıklarda helyumun donmak yerine süperakışkan hâle geçmesi buna en bilinen örneklerden biri.

Columbia University’den Cory Dean ve University of Texas at Austin’den Jia Li liderliğindeki ekip, Nature’da yayımlanan yeni çalışmada şaşırtıcı bir dönüşüm raporladı: Bilayer graphene içinde oluşan bir kuantum süperakışkan, belirli koşullarda akmayı bırakıp yalıtkan bir duruma geçti. Araştırmacılar, bu davranışın suyun buza dönüşmesine benzer bir “faz geçişi” olduğunu; ancak olayın kuantum ölçekte gerçekleştiğini vurguluyor.

Supersolid nedir, neden önemli?

Bir katı, parçacıkların düzenli ve tekrarlayan bir kristal örgüde kilitlenmesiyle tanımlanır. Supersolid ise teoride hem bu tür bir düzen (katı benzeri yapı) hem de süperakışkanlığa özgü sürtünmesiz davranışları aynı anda barındıran son derece sıra dışı bir kuantum faz olarak öngörülür. Şimdiye kadar bir süperakışkanın doğal biçimde böyle bir faza dönüştüğünü net şekilde göstermek uzun yıllardır tartışmalı bir hedef olarak kalmıştı.

Ekip, iki atom inceliğindeki graphene tabakalarında oluşabilen eksiton adı verilen kuaziparçacıklara odaklandı. Bir tabakada elektron fazlalığı, diğerinde “delik” fazlalığı ayarlanabildiğinde elektron ve delikler bağlanarak eksitonları oluşturuyor; güçlü manyetik alan altında bu eksitonlar kolektif biçimde süperakışkan gibi davranabiliyor. Deneylerde eksiton yoğunluğu yüksekken sürtünmesiz akış görülürken, yoğunluk düşünce akış tamamen durdu ve sistem yalıtkan hâle geçti. Daha da ilginci, sıcaklık artırılınca süperakışkan davranış geri döndü.

Bu sıra dışı “soğukken yalıtkan, ısınınca süperakışkan” dizilimi, araştırmacılara göre düşük sıcaklık fazının alışılmadık bir eksiton katısı olabileceğine işaret ediyor. Yine de ekibin altını çizdiği gibi, durumun tam anlamıyla bir supersolid sayılıp sayılmayacağı henüz kesin değil: Yalıtkan fazı doğrudan ölçmek, akım taşımadığı için (taşınım ölçümleri açısından) daha zor. Araştırmacılar şimdi bu fazın sınırlarını haritalamak ve onu daha doğrudan test edecek yeni ölçüm araçları geliştirmek üzerinde çalışıyor.

Kaynaklar ve Bağlantılar:

• Nature (çalışma haberde bu dergide yayımlandı olarak geçiyor)
• Columbia University (kaynak kurum)
• University of Texas at Austin (çalışmanın lider araştırmacılarından birinin kurumu)