Cornell Üniversitesi bilim insanları, 3D yazıcı kullanarak süperiletken üretiminde çığır açan bir prosedür geliştirdi. Bu yenilikçi yaklaşım, süperiletken bileşenlerin üretimini kolaylaştırırken tıbbi görüntüleme sistemlerinden kuantum aygıtlarına kadar birçok teknolojiyi hızlandırma potansiyeli taşıyor. Nature Communications mecmuasında yayımlanan araştırma, Materyal Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Ulrich Wiesner liderliğindeki disiplinlerarası bir takım tarafından yürütüldü. Grup, süreci tek bir adımda gerçekleştiren hepsi bir arada üretim metodu geliştirdi.
Tüm süreci tek adıma taşıyor
Geleneksel prosedürlerde, süperiletkenler için gereç hazırlığı ile montaj adımları uzun ve karmaşık süreçler içeriyor. Cornell’in prosedürü ise kopolimerler ve inorganik nanopartiküller içeren özel bir mürekkep kullanarak direkt 3D yazıcıyla materyal oluşturmayı sağlıyor. Mürekkep, 3D yazıcıyla basıldığında doğal olarak kendi kendine birleşiyor. Daha sonra ısıl süreçlerle basılan yapılar gözenekli kristal süperiletkenlere dönüştürülüyor. Cornell’in süreci tüm bunları tek bir adımda gerçekleştiriyor.
Araştırma, neredeyse on yıla dayanan geçmiş süperiletken çalışmalarının üzerine inşa edildi. 2016 yılında Wiesner takımı, blok kopolimerler kullanarak birinci kendi kendine organize olan süperiletken yapıyı göstermişti. 2021’de ise bu yumuşak materyal yaklaşımının klasik süperiletken materyallerin performansıyla muadil olabileceği kanıtlanmıştı. Yeni çalışma ise bu ilerlemeleri bir adım öteye taşıyor. Araştırmacılar, nano ölçekte blok kopolimerlerin kendi kendine birleşmesini, atomik düzeyde kristal dizilim ve makro ölçekte 3D baskı yoluyla geometrik denetimi birleştirerek üç farklı boyut aralığında hiyerarşik yapılara sahip süperiletken yapılar elde etti.
Performansta rekor
En dikkat cazibeli sonuç, niyobyum nitrür süperiletken üretilmesinde görüldü. Gözenekli ve nanoyapılı mimarisi sayesinde, materyalin üst kritik manyetik alan kıymeti 40–50 Tesla ortasında ölçüldü. Bu bileşik için şimdiye kadar bildirilen en yüksek değer, ağır manyetik alan gerektiren ortamlar için epeyce kritik. Örneğin MR aygıtlarında kullanılan süperiletken mıknatıslar için büyük bir avantaj sağlıyor.
Araştırmada öne çıkan bir öbür yenilik ise polimer yapısının süperiletken performansla direkt ilişkilendirilmesi oldu. Araştırmacılar, yolun öteki geçiş metali bileşiklerine ve klâsik sistemlerle güç elde edilen geometrilere de uyarlanabileceğini belirtiyor. Ayrıyeten, gerecin gözenekli yapısı, süperiletken bileşikler için alışılmadık derecede yüksek yüzey alanı sunuyor. Bu da yeni kuantum materyallerinin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.
