نزدیک شدن به ابررسانایی دمای بالا

در پی تلاش های اخیر توسط تیمی از فیزیکدانان نظری و تجربی برای فهم علت ابررسانایی دمای بالا( با توانایی ایجاد پیشرفت های شگرف زمینه تکنولوژی) دریچه های جدیدی به سوی آینده این شاخه باز شد.

مقاله این محققان در تاریخ 16 سپتامبر 2016 در مجله ساینس به چاپ رسید. تمرکز این محققان روی آشکار سازی جنبه های مرموز مورد نیاز برای ابررسانایی دمای بالا بود.ابررسانایی دمای بالا در مفهومی معادل توانایی الکترون ها برای جفت شدن و حرکت بدون اصطکاک در دمای بسیار بالا بدون اتلاف انرژی می باشد.

دستاورد های این محققان از میان تلاش های اخیر یک قدم بسیار مهم در بهبود مواد ابررسانای امروزی (که قدرت ابررسانایی آنها فقط پایین دمای بحرانی یعنی دمایی در حدود 100 درجه زیر دمای انجماد آب قرار داشت) است که آنها را برای دستگاه های الکترونیکی از لحاظ عملی در دسترس قرار می دهد.

مارکوس ریگول استاد فیزیک دانشگاه Penn State و عضوی از تیمی از محقیقین به رهبری Martin Zwierlein استاد دفیزیک و محقق در مرکز NSF مربوط به اتم های فوق سرد و آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک در MIT خاطر نشان کرد: «ما می خواستیم بفهمیم دقیقا چه ابزاری برای رسیدن به ابررسانایی دمای بالا نیاز است. (یک پدیده کوانتومی زیبا با پتانسیل های کاربردی بسیار مهم)»
نقش اساسی نظریه پردازان این تیم، اثبات این مسئله بود که مدل ریاضی توسعه یافته برای مواد واقعی ( مدل هابارد) ممکن است رفتار اتم ها در آزمایشات تیم تجربی در یک بازه دمایی مشخص را باز تولید کند.

ریگول همچنین می گوید “اگر ما بتوانیم تمام ابزار لازم مورد نیاز برای رسیدن به ابررسایی را کشف کنیم، هنوز جا برای طراحی دستورعمل های ساخت (مدل های نظری) به منظور ساخت مواد ابررسانا وجود دارد که می تواند کاربرد های عملی بسیار زیادی داشته باشد.”
Zwierlein تیم را برای طراحی آزمایش برای تشخیص شرایط ایده آل برای القای ابررسایی رهبری کرد. Zwierlein می گوید: این آزمایش «شبیه سازی کوانتومی» اتم ها در یک گاز دو بعدی را به عنوان الکترون ها در ابرسانای جامد به منظور «درک اینکه دقیقا در این ابررسانا ها چه اتفاقی می افتاد، و ما باید برای ساخت ابررساناهای دمای بالا چکار کنیم» به کار می گیرد.
به علت برهمکنش های قوی، که برای رخ دادن ابررسانایی در دمای بالا ضروری به نظرمی رسند، حتی قوی ترین کامپیوتر های موجود نیز قادر به حل مدل هابارد در دمایی که الکترون ها در آن ابرسانا می شوند نبوده اند.

ریگول خاطر نشان می کند «نتایج نظری ما دقیقا توصیف می کند که اتم ها در آزمایشات تیم تجربی به چه شکل رفتار می کنند. اگر آزمایشات آینده قادر به نشان دادن این حقیقت باشد که در دماهای پایین اتم ها در شبیه ساز کوانتومی تجربی ابررسانا می شوند (در دماهایی که حل معادلات ما بسیار سخت است) آنگاه ما می توانیم مطمئن باشیم که مدل نظری ما برای ابررسانایی یک مدل خوب است.» این رهیافت کمی شبیه به رهیافتی است که در شاخه اختر شناسی مورد استفاده قرار گرفت، که در آن آزمایشات تشخیص امواج گرانشی به عنوان تستی برای تأیید نظریه نسبیت عام انیشتین مورد استفاده قرار گرفت.

ریگول اضافه می کند «نتایج تیم از این جهت اهمیت دارد که اگر ابررسانایی در دماهای تجربی پایین مشاهده شود، ما به طور قطع مطمئن خواهیم شد که برهمکنش دافعه قوی بین الکترون ها، ابررسانایی دمای بالا را ایجادخواهد کرد.»

«رسیدن به این درک می تواند تأثیر بسیار مهمی بر تکنولوژی داشته باشد زیرا دانستن خواصی از یک ماده که برای تولید ابررسانایی دما بالا نیاز است می تواند منجر به مهندسی مواد ابررسانای پیشرفته تر شود.»

دانلود مقاله ی اصلی به صورت PDF

 


بنده دانشجوی دکترای فیزیک ماده چگال از دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم. حوزه مورد علاقه من فیزیک محاسباتی (به طور خاص نظریه تابعیت چگالی) و همچنین سیستم های توپولوژیک است.


پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *