Dennis Meredith
Cornell University News Service
840 Hanshaw Rd.
Ithaca, NY 14850
Rochester Üniversitesi ve Cornell Üniversitesi’ndeki bilim insanları, yeni yüksek sıcaklık süperiletken malzemelerin, soğurma ya da bozulma olmaksızın ve çok yüksek elektrik akımı seviyelerinde, 10 ila 15 trilyonda bir saniye (pikosanİye) kadar kısa elektrik darbelerini iletebildiğini keşfetmiştir. Bir dijital veri hattındaki darbe ne kadar kısa olursa, iletilebilecek bilgi miktarı o kadar büyük olur.
Dolayısıyla, bilgisayar verilerini, televizyon görüntülerini ve telefon konuşmalarını iletmek için süperiletken dijital veri iletim hatlarının, hatta optik fiberlerden bile çok daha yüksek kapasiteyle yapılabilmesi mümkündür. Ayrıca geleceğin bilgisayarları, bilgisayar yongaları üzerindeki bileşenler arasında büyük miktarda veriyi hızla taşımak için süperiletken iletim hatlarını kullanabilir.
“Bu sonuçlar, yeni keşfedilen bu yüksek sıcaklık süperiletkeninin yüksek hızlı elektronik ve iletişim sistemlerindeki ilk uygulamasını temsil ediyor ve bu alanlarda bir devrimi tetikleyebilir,” dedi Rochester Üniversitesi Lazer Enerjetikleri Laboratuvarı’ndaki Ultrafast Science Center’ın direktörü Gerard Mourou. “Örneğin, kilometrelerce mesafe boyunca, optik fiber sistemlerin 100 katı kapasiteye sahip, kayıpsız süperiletken iletim hatlarının geliştirilebileceğini öngörebiliriz.”
Mourou, bu tür tek bir süperiletken veri iletim hattının saniyede bir terabit, yani bir trilyon bitlik bilgi taşıma kapasitesine sahip olabileceğini açıkladı.
Böyle bir hat, saniyede bin cilt Encyclopaedia Britannica’ya eşdeğer metni, 15 milyondan fazla çift yönlü sesli konuşmayı ya da 10.000’den fazla tam renkli televizyon kanalını iletebilir. Böyle bir iletim hattı, dünyanın en büyük kütüphanesi olan Kongre Kütüphanesi’nin 25 milyon kitabının tamamını iki dakika içinde iletebilir.
“Bu iletim hatları, modülatörler ve dedektörler gibi dönüştürücüler bulunmadığı için aşırı basitlik avantajına da sahip olacaktır,” dedi Mourou. “Bu bileşenler, fiber optik sistemlerde sinyali elektriksel alandan optik alana dönüştürmek ve geri çevirmek için gereklidir.”
Süperiletkenler, elektrik akımını direnç olmaksızın taşıyabilen malzemelerdir. Geçen yıl, mutlak sıfırın 90 derece üzerine kadar (yaklaşık −163 santigrat derece) “yüksek sıcaklıklarda” süperiletken hale gelen yeni bir seramik malzeme sınıfı keşfedildi. Yüksek‑Tc süperiletkenler olarak adlandırılan bu tür süperiletkenler, ucuz sıvı azotla soğutulabildiğinden, çok sayıda pratik uygulamayı mümkün kılmaktadır.
Süperiletken İnce Film Araştırması
Rochester’daki bilim insanları—üniversitenin Lazer Enerjetikleri Laboratuvarı ve Elektrik Mühendisliği Bölümü’nden—Cornell Üniversitesi’ndeki Süperiletken İnce Film Grubu tarafından itriyum, baryum, bakır ve oksijenden yapılmış, itriyum katkılı zirkonyum oksit bir altlık üzerinde büyütülen bir süperiletken ince filmle çalıştı; bu film Cornell’in Ulusal Nanofabrikasyon Tesisi’nde (NNF) yüksek hızlı bir devre hâline getirildi.
Malzemeyi sentezleyen Cornell ekibine liderlik eden uygulamalı ve mühendislik fiziği profesörü Robert Buhrman’a göre:
“Bu süperiletkenin zirkonyum oksit üzerinde düzgün, ince film kaplamalar hâlinde büyütülebilmesi, malzemenin uygulanması açısından önemli ekonomik sonuçlara sahiptir. Zirkonyum oksit, şu anda en iyi sonuçları veren stronsiyum titanatın yaklaşık 10 kat daha ucuzudur.”
Süperiletken iletim hatlarını oluşturmak için Buhrman ve meslektaşları, seramiği 700 santigrat derece sıcaklıkta, oksijen atmosferinde zirkonyum oksit altlık üzerine itriyum, baryum ve bakır buharları biriktirerek büyütmeye yönelik yeni geliştirdikleri süreci kullandılar. Daha önce, süperiletken seramiğin oluşumu 850 santigrat derece veya daha yüksek sıcaklıklar gerektiriyordu.
Rochester’daki bilim insanları, kritik (süperiletken) sıcaklığına kadar soğutulan süperiletken hat desenini, 10 ila 15 pikosaniye uzunluğundaki darbeleri ilettikleri testlere tabi tuttu.
Daha önceki testlerde, çok daha düşük sıvı helyum sıcaklıklarına soğutulan geleneksel düşük sıcaklık süperiletkenleri kullanılarak, bilim insanları pikosaniyelik darbeleri neredeyse hiç kayıp olmaksızın 33 feet’ten daha uzun mesafelere iletmişti. Bu testler, süperiletken iletim bağlantılarının, günümüzde iki nokta arasında darbe kodlu sinyalleri iletmenin en iyi yolu olarak kabul edilen optik fiber sistemlerden çok daha üstün olduğunu gösterdi.
Günümüzde yüksek hızlı iletişim sistemleri, 0,1 ile 1 nanosaniye, yani saniyenin milyarda biri mertebesindeki darbelerin üretilmesine, modülasyonuna, yayılımına ve algılanmasına dayanmaktadır.
Rochester’daki araştırma, 1982 yılında elektrik darbelerinin iletim bağlantıları boyunca yayılımını incelemeye yönelik bir teknikle başladı.