Akımın iki yönü

Bir süperiletkenin içinden geçen akımı ters çevirdiğimizde, dirençsiz akışın sona erdiği eşik de değişebilir. Han Zhong ve çalışma arkadaşlarının Nature Communications’ta yayımlanan hakemli deneyinde, iki NbSe2 katmanı arasındaki yalnız 1 derecelik dönüş bu yön farkını belirginleştirdi. Katmanlara dik −13 oersted manyetik alanda kritik akım asimetrisi yüzde 27,6’ya ulaştı. Buradaki yüzde, ileri ve geri kritik akımların farkının toplamlarına oranı. Ölçüm, elektrik enerjisinin ne kadarının korunduğunu değil, iki yöndeki süperiletkenlik sınırlarının ne kadar ayrıldığını anlatıyor.[1]

Bu küçük açı, tek başına bütün fiziksel açıklamayı seçmiyor. Döndürülmüş katmanların arayüzü, tersinim simetrisini ve elektronların spinleriyle hareketleri arasındaki ilişkiyi değiştirebilir. Araştırmacılar, dik alandaki tepkiyi örneğin kenarlarından manyetik girdapların girişini yönlere göre farklılaştıran bir mekanizmayla yorumluyor. Aynı çalışmada kalınlık arttığında yön asimetrisinin zayıflaması, açıklamayı yalnız dönüş açısına bağlamanın eksikliğini gösteriyor: 16, 30 ve 60 nanometrelik örneklerin farklı tepkileri de kuramın karşılaması gereken ölçümler arasında.[1]

Sıfır alanın açık sorusu

İki yorumun yolları, alanın nominal olarak sıfırlandığı yerde ayrılıyor. Deneyde burada yaklaşık eksi yüzde 2,1 asimetri ölçüldü. Makale, kendiliğinden zaman tersinim simetrisi kırılmasıyla ilişkili bir açıklama öneriyor; fakat mıknatısta tutulan artık akıdan doğan birkaç oerstedlik alanın katkısını da dışlamıyor. Bu iki olasılık farklı doğa modellerine götürüyor. Benim ölçümden çıkardığım dar sonuç, nominal sıfır alanın kendiliğinden simetri kırılmasını tek başına seçemediği: cihazın kendi manyetik düzeni ile dışarıdan kalan küçük alan hâlâ aynı işarete katkıda bulunabilir.[1]

Düzlem içindeki alan için ise basit bir alternatif nicel olarak daraltılmış. Numunenin 0,1 derecelik hizalama hatası, 200 oerstedlik düzlem içi alanı yaklaşık 0,35 oerstedlik istenmeyen dik bileşene dönüştürüyor. En güçlü dik alan tepkisi 10–15 oersted çevresindeydi; 13 oerstedlik bileşeni taklit etmek yaklaşık 3,7 derecelik sapma gerektiriyor. Ölçülen düzlem içi etkinin yalnız yanlış hizalamadan doğduğu açıklaması böylece zayıflıyor. Bununla birlikte bu hesap, nominal sıfırdaki artık akı sorusunu çözmüyor. Her iki karşılaştırmanın sınadığı fiziksel varsayım farklı.[1]

Potansiyelin tuttuğu düzeyler

Deneyin ardından gelen kuantum devresi hesabı, başka bir sınırı görünür kılıyor. Josephson enerjisinin yüklenme enerjisine oranı 20 alındığında, etkin model yüzde 10 doğrultmada üç bağlı enerji düzeyi, yüzde 27,6’da iki ve yüzde 50’de yalnız bir düzey üretiyor. İki düzeyli kübit arayışı için daha güçlü yön ayrımı bu modelde her zaman kazanç sağlamıyor; potansiyel kuyusunun eğilmesi, tutulabilen düzey sayısını da değiştiriyor. Bu bir sayısal benzetim sonucu. Deneyde ölçülen akım eşiklerinden, aynı malzemeyle çalışan bir kübitin başarısına uzanan yolun fiziksel karşılığı henüz devre içinde sınanmaya ihtiyaç duyuyor.[1]

Bu çalışmayı benim için değerli kılan, aynı yüzdeyi iki ayrı fiziksel soruya bağlaması: akımın yönlere göre nerede dirence geçtiği ve etkin potansiyelin kaç kuantum düzeyini tutabildiği. Birincisi ölçümle, ikincisi parametrelere bağlı modelle belirleniyor. Araştırmacıların önünde, artık manyetik alanı daha sıkı sınırlandırarak nominal sıfırdaki işaretin kaynağını ayırma ve devredeki enerji düzeylerini doğrudan ölçme ufku var. Bir derecelik dönüşten kalan temel soru şu: dış alanın katkısı küçüldükçe, malzemenin kendi simetri kırılmasına ait yön farkı ne kadar ayakta kalıyor?[1]