“Tuhaf Metal” İterbiyum Gama Işınlarıyla Vurulduğunda Daha da Tuhaflaşıyor

Kuantum fizikçileri bir şeye "tuhaf" dediğinde, onun gerçekten tuhaf bir şey yaptığını bilirsiniz. Süperpozisyon ve "uzaktaki ürkütücü eylem" konusunda rahat olan insanlar, tuhaflık konusunda yüksek bir çıtaya sahiptir. Yine de bazı elementler, elektriği nasıl ilettikleri daha tanıdık metallerden farklı olduğu ve henüz anlaşılmadığı için "tuhaf metaller" kategorisini hak etmiştir. Fizikçiler için diğerlerinden daha belirgin şekilde tuhaf olan bu tuhaflığın son örneği, radyasyon için her zamanki bir yerine iki absorpsiyon tepesine sahip olması.

İterbiyum, iletkenliğindeki tuhaflığı, doğal olarak var olan elementler arasındaki muhtemelen kulağa en olası gelmeyen adla birleştirir. Dünya'nın kabuğunda Uranyum altı elementlerin yaklaşık yarısından daha yaygın olması, özellikle nadir değildir, ancak pek tanıdık da değildir.

Bir Japon-Amerikan iş birliği, iterbiyumun tuhaf iletken davranışını araştırdı ve yeni bir makalede, tuhaflığın sonuna kadar gittiğini bildirdi.

Cincinnati Üniversitesi'nden Dr. Yashar Komijani'nin ilgisini çeken şey, iterbiyumun akım taşıdığında bakır veya alüminyum gibi tanıdık iletkenler gibi davranmamasıdır. Kominjani, bir açıklamada, "Bir metalde, arka planda bir iyon kafesi üzerinde hareket eden bir elektron deniziniz vardır." dedi. "Fakat kuantum mekaniği ile harika bir şey olur. İyon kafesinin karmaşıklıklarını unutabilirsiniz. Bunun yerine boşluktaymış gibi davranırlar.”

Soğuk koşullar altında, iterbiyum teorinin izin vermesi gerekenden daha iletkendir. Bu, yüksek sıcaklıkta süperiletken maddeler arayışında yararlı olabilir, ancak aynı zamanda Komijani ve ortak yazarların açıklamayı umduğu bir anormallik de ortaya koyuyor.

Yazarlar tepkinin sıcaklık ve basınçla nasıl değiştiğini görmek için bir iterbiyum, alüminyum ve bor alaşımı olan ß-YbAlB4'ü gama ışınlarına maruz bıraktılar. Bu biraz ironik, çünkü iterbiyumun ana kullanımlarından biri bir gama ışını üreticisi.

Gama ışınları genellikle radyoaktif bozunma yoluyla üretilir, ancak her bozunma işlemi belirli bir enerjiye sahip fotonlar üretir. Talep üzerine gama ışınları üretmek için ekip, protonları bir senkrotronda hızlandırdı ve duvarlara çarptıklarında yayılan gama ışınlarını, çekirdeklerin kimyasal ortamındaki çok küçük değişiklikleri saptayabilen bir süreç olan Mössbauer spektroskopisini gerçekleştirmek için kullandı.

Sıcaklıklar çok düşük tutulduğunda, basınç yükseldikçe alaşım "tuhaf metal"den çoğu elementin tanıdık durumu olan "Fermi sıvısına" geçti.

Yazarlar, absorpsiyon spektrumunda çift tepe oluşturan yük dalgalanmalarına tanık oldular. "Bu spektrumu, yakındaki elektronsal değerlik dalgalanmaları tarafından modüle edilen tek bir nükleer geçiş olarak yorumluyoruz." diye yazıyorlar.

Gözlemler, saniyenin milyarda biri kadar bir sürede meydana gelen yük dalgalanmalarının zamanlamasına bağlıdır. Kuantum standartlarına göre bu, ekibin kafesteki titreşimlere atfettiği son derece yavaş bir durum.

Yazarlar, emin olmadıklarını kabul etmekle birlikte, sonuçlarının klasik fizikte Yb²⁺ ve Yb³⁺ iyonik halleri olarak kabul edilen, ancak kuantum dünyasında daha karmaşık olan durumlar arasında bir geçişi temsil edebileceğini düşünüyorlar.

Yazarlar, çift tepe noktasının iterbiyuma özgü olmayabileceğini, bunun yerine tüm tuhaf metallerin ayırt edici bir özelliği olabileceğini ve bu özelliğin onları hem tanımlamak hem de açıklamak için kullanılabileceğini düşünüyorlar.

İterbiyum, tuhaf adını, yakınında onu içeren bir örneğin bulunduğu bir İsveç köyü olan Ytterby'den almıştır. Nadir toprak olarak sınıflandırılır, ancak Dünya'nın kabuğunda milyonda 0,3 kısım (ppm) ile, periyodik tablodaki komşuları tulyum ve lutesyum da dahil olmak üzere, bu kategorinin diğer üyelerinin çoğundan daha yaygındır.

Çalışma Science'da yayınlandı.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.