Bilim insanları, 67 yıl önce ortaya atılan teorik “şeytan” parçacığını tesadüfen buldu. Süper iletkenlerin sırlarını ortaya çıkarabileceği düşünülen bu parçacık ilk 1956’da David Pines tarafından düşünülmüştü.
Elektronlar tuhaf parçacıklardır. Katılara doğru geçerek onlardaki parçacıklarla etkileşime girerek, bu etkileşimler de farklı karakteristiklere sahip yeni parçacıklar gibi işleyebilir. Bunlar kuazi parçacıklar olarak da bilinir.
Kuazi parçacıkların özel bir formu olan plazmonlar, plazma salınımları oluşturabilir. Bu parçacıkların elektronlardan bağımsız yeni bir yükü ve kütlesi oluşabilir. Buna rağmen plazmonların oda sıcaklığında oluşacak kütleye sahip olmadığından, var olmalarının imkansız olduğu düşünülür.
Buna rağmen 1956’da teorik fizikçi David Pines, bu kurala bir istisna tahmin etti. Çoklu enerji bantlarındaki elektronlar biraraya gelerek faz deseninin dışına çıkarak, kütle veya yükü olmayan plazmon oluşturabilir. Kütlesi olmadığından herhangi bir enerji seviyesinde ve de sıcaklıkta oluşabilir. Bu teorik parçacık, “ Pines’ın şeytanı “ olarak bilinse de buğuna kadar hiç tespit edilmemişti.
Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi ve Kyoto Üniversitesi’ndeki bilim insanları, stronsiyum rutenat metalinde şeytanın parçacığının ilk doğrudan tespitlerini yaptı. Öyle ki; işin anahtarı özellikle onu aramamaktı.
“Deneylerin büyük kısmı ışık ve optik özellikler kullanarak yapılıyor, fakat eletriksel açıdan nötr demek parçacıkların ışıkla etkileşmeyeceği anlamına geliyor. Bu nedenle tümüyle farklı bir deney gerekti,” diyor araştırmanın başyazarı Peter Abbamonte.
Stronsiyum rutenat kendisi öyle olmasa da, yüksek sıcaklık süper iletkenlerinin bazı özelliklerini sergileyen ilgi çekici bir metaldir. İşte araştırmacılar maddenin elektronik özelliklerini çalışmak için, momentum çözünürlüklü elektron enerji-kaybı spektroskopisi metodunu kullandı. Bu yöntemle metali elektronlarla bombardımana tutulur. İşte araştırmacılar kütlesiz bir plazmon keşfetti.
Araştırmanın yazarı,” İlk başta bunun ne olduğuna dair bir fikrimiz yoktu. Şeytan parçacıkları ana akımda değildi. Bu olasılık çok erken çıkınca hepimiz güldük. Seçenekleri eledikçe şeytan parçacığını gerçekten bulduğumuzu keşfettik,” diyor Ali Hüseyin .
Olayı aydınlığa kavuşturmak için, stronsiyum rutenatın elektronik yapısını araştırdı. İşte o zaman 67 yıldır saklanan şeytanı bulduklarını anladılar.
Çalışmanın ortak yazarı Edwin Huang, “Pines’ın şeytanlarla ilgili tahmini oldukça özel koşullar gerektiriyor ve stronsiyum rutenatında bir iblis olması gerekip gerekmediği konusu hiç kimse için net değildi. Neler olup bittiğini aydınlatmak için mikroskobik bir hesaplama yapmak zorunda kaldık. Bunu yaptığımızda, tıpkı Pines’ın tarif ettiği gibi, faz dışı salınan ve neredeyse eşit büyüklükte iki elektron bandından oluşan bir parçacık bulduk,” diyor.
Ekip bu şeytan parçacıkların metallerin elektronik davranışlarında anahtar rol oynayabileceğini düşünüyor.
Araştırma Nature dergisinde yayınlandı.
Kaynak: University of Illinois Urbana-Champaign
