رقص جفت الکترون می‌تواند به ایجاد ابررساناهای دمای اتاق کمک کند
محققان کشف مهمی انجام داده‌اند که ممکن است منجر به تولید ابررساناهایی شود که در دماهای بالاتر عمل می‌کنند.
آنها جفت‌شدن الکترون‌ها، ویژگی مهمی از ابررسانایی، را در دماهایی کشف کرده‌اند که قبلاً انتظار نمی‌رفت این پدیده در آنها رخ دهد.
به طور شگفت‌انگیزی، این مشاهده در یک عایق ضدفرومغناطیس انجام شد، نوعی ماده که کمتر انتظار می‌رفت چنین رفتاری را نشان دهد.
اگرچه این ماده مقاومت صفر که ویژگی اصلی ابررسانایی است را نشان نداد، این کشف امکان‌های جدیدی برای توسعه مواد مشابه به عنوان ابررساناهای دمای بالاتر را فراهم می‌کند.
تیم پژوهشی که شامل اعضایی از آزمایشگاه ملی اس.ال.اِی.سی، دانشگاه استنفورد و سایر موسسات بود، نتایج خود را در مجله Science منتشر کرده است.
رقص الکترون‌ها
در طول قرن گذشته، دانشمندان اطلاعات زیادی درباره نحوه کار کردن ابررساناها به دست آورده‌اند. آنها می‌دانند که برای ایجاد ابررسانایی در یک ماده، الکترون‌ها باید با هم جفت شوند و این زوج‌ها باید همگام باشند – حرکات آنها باید هماهنگ شود.
کی-جون شو، دانشجوی فارغ‌التحصیل استنفورد و نویسنده مشترک مقاله، با یک مشابهت این پدیده را توضیح داد.
“زوج‌های الکترونی به ما می‌گویند که آماده ابررسانا شدن هستند، اما چیزی آنها را متوقف می‌کند،” او گفت.
“اگر بتوانیم روشی جدید برای هماهنگ کردن زوج‌ها پیدا کنیم، می‌توانیم از آن برای ساختن احتمالی ابررساناهای دمای بالاتر استفاده کنیم.”
ابررساناهای معمولی در برابر غیر معمول
ابررساناهای معمولی، که به خوبی درک شده‌اند، در دماهایی نزدیک به صفر مطلق کار می‌کنند.
در این مواد، ارتعاشات شبکه کریستالی باعث جفت شدن الکترون‌ها و “رقص” هماهنگ آنها می‌شود.
ابررساناهای غیر معمول، از طرف دیگر، در دماهای به‌مراتب بالاتری کار می‌کنند.
در این مواد، اعتقاد بر این است که چیزی فراتر از ارتعاشات شبکه به جفت‌شدن الکترون‌ها کمک می‌کند. اما محققان هنوز دقیقا مطمئن نیستند که چه چیزی پشت آن است، اما گزینه اصلی نوسانات اسپین‌های الکترون‌ها است.
مطالعه فعلی
در مطالعه فعلی، محققان بر روی خانواده‌ای از کوپرات‌ها متمرکز شدند که به عمق بررسی نشده بود زیرا دمای ابررسانایی حداکثری آنها نسبتاً پایین‌تر از سایر کوپرات‌ها بود.
محققان از نور فرابنفش بر روی نمونه‌های مواد کوپرات برای بررسی ساختار اتمی آنها استفاده کردند. این فرآیند باعث انتشار الکترون‌ها از ماده می‌شود.
وقتی این الکترون‌ها در حالت جفت‌شده هستند، خارج کردن آنها تا حدودی دشوارتر است و باعث ایجاد “شکاف انرژی” می‌شود.
این شکاف تا دمای 150 کلوین باقی ماند، که نشان دهنده جفت‌شدن الکترون‌ها در دماهایی به مراتب بالاتر از حالت مقاومت صفر که در حدود 25 کلوین رخ می‌دهد، می‌باشد.
راه پیش‌رو
در حالی که کوپرات در مطالعه ممکن است ماده‌ای نباشد که به ابررسانایی در دمای اتاق برسد، یافته‌ها مسیری جدید و بالقوه‌ای را باز می‌کند.
“یافته‌های ما مسیری جدید و بالقوه‌ای را باز می‌کنند. ما قصد داریم در آینده این شکاف جفت‌شدن را مطالعه کنیم تا به مهندسی ابررساناها با استفاده از روش‌های جدید کمک کنیم،” زخی-سوئن شن، پروفسور استنفورد که تحقیقات را نظارت کرده است، نتیجه‌گیری کرد.
محققان قصد دارند که این حالت جفت‌شدن غیرهمگام را بیشتر بررسی کنند و راه‌هایی برای دستکاری این مواد پیدا کنند تا شاید بتوانند این زوج‌های غیرهمگام را به هماهنگی وادار کنند.
در صورت موفقیت، این می‌تواند منجر به توسعه ابررساناهایی شود که در دماهای بالاتر عمل می‌کنند و فناوری مدرن را متحول کند.
