کشف ابررسانای ییل می‌تواند راه را برای مواد جریان انرژی بدون اتلاف هموار کند
یک تیم از محققان دانشگاه ییل شواهد قانع‌کننده‌ای برای یک نوع جدید از مواد ابررسانا یافته‌اند.
محققان گفتند: «این کشف همچنین حمایت ملموسی از نظریه‌ای که مدت‌ها در مورد ابررسانایی وجود داشت، می‌کند — که می‌تواند مبتنی بر نیمی‌تیک الکترونیکی باشد، یک فاز ماده که در آن ذرات تقارن دورانیشان را می‌شکنند.»
به عنوان زمینه، ابررسانایی اجازه می‌دهد الکتریسیته بدون هیچ مقاومتی یا از دست دادن انرژی جریان یابد.
این تحقیق بر مفهوم نیمی‌تیک الکترونیکی تمرکز دارد. در موادی که رفتار نیمی‌تیک نشان می‌دهند، آرایش الکترون‌ها تقارن چرخشی معمول را می‌شکند.
نیمی‌تیک الکترونیکی و ابررسانایی
در دماهای بالا الکترون‌ها معمولاً به طور آزادانه در شبکه اتمی ماده حرکت می‌کنند. با این حال، با کاهش دما، الکترون‌ها در یک فاز نیمی‌تیک تمایل به حرکت در امتداد جهت‌های خاصی نشان می‌دهند.
محققان توضیح دادند: «در برخی موارد، الکترون ممکن است شروع به نوسان بین تمایل به یک جهت، سپس جهت دیگر کند. این به عنوان نوسان نیمی‌تیک شناخته می‌شود.»
این نوسانات مدت‌ها تصور می‌شد که نقشی در ایجاد ابررسانایی ایفا می‌کنند. با این حال، تأیید تجربی این ارتباط باقی مانده بود.
تیم ییل به رهبری فیزیکدان ادواردو اچ. دا سیلوا نتو، موادی از سلنید آهن مخلوط با گوگرد را تحقیق کردند.
دا سیلوا نتو گفت : «ما با این حدس که در برخی از مواد سلنید آهن مخلوط با گوگرد چیزی جالب در حال رخ دادن است، شروع کردیم، که به رابطه بین ابررسانایی و نوسانات نیمی‌تیک مربوط می‌شود.»
مواد به دلیل خواص منحصر به فردشان انتخاب شدند
«این مواد ایده‌آل هستند زیرا نظم نیمی‌تیک و ابررسانایی را بدون برخی از نقطه‌ضعف‌ها، مانند مغناطیس، که می‌تواند مطالعه آن‌ها را دشوار کند، نشان می‌دهند»، دا سیلوا نتو توضیح می‌دهد. «می‌توانید مغناطیس را از معادله جدا کنید.»
برای سنجش رابطه بین نوسانات نیمی‌تیک و ابررسانایی، محققان از یک میکروسکوپ تونل‌زنی اسکنینگ (STM) استفاده کردند. این ابزار اجازه تصویرسازی از رفتار الکترونیکی در سطح اتمی را می‌دهد.
علاوه بر این، این اندازه‌گیری‌ها در دماهای بسیار پایین انجام شدند.
در مطبوعات آمده است: «برای مطالعه، محققان مواد مبتنی بر آهن را تا دمای کمتر از 500 میلی‌کلوین در طول چند روز سرمایش کردند.»
اندازه‌گیری‌های STM حضور «شکاف ابررسانایی» را آشکار کرد، که نشانه‌ای کلیدی از ابررسانایی است. ویژگی‌های این شکاف به طور دقیق با پیش‌بینی‌های نظری برای ابررسانایی هدایت شده توسط نیمی‌تیک الکترونیکی مطابقت داشتند.
دا سیلوا نتو گفت: «این حکم برای اثبات بوده است، زیرا باید اندازه‌گیری‌های چالش‌برانگیز STM را در دماهای بسیار پایین انجام دهید تا بتوانید شکاف را به طور دقیق اندازه‌گیری کنید.»
این یافته قوی‌ترین شواهد تاکنون در حمایت از این فرضیه قدیمی ارائه می‌دهد.
تبعات این کشف بسیار بزرگ است
تبعات این کشف مهم هستند. این به درک عمیق‌تری از مکانیزم‌های پشت ابررسانایی می‌پردازد و مسیرهای جدیدی برای توسعه مواد ابررسانای نوآورانه باز می‌کند.
تیم ییل قصد دارد تحقیقات بیشتری را برای کاوش در چگونگی تأثیر تغییر در ترکیب مواد بر ویژگی‌های ابررسانایی و نقش نوسانات نیمی‌تیک انجام دهد.
دا سیلوا نتو گفت: «گام بعدی بررسی دقیق‌تر است. اگر ما همچنان محتوای گوگرد را افزایش دهیم، چه چیزی با ابررسانایی رخ خواهد داد؟ آیا از بین خواهد رفت؟ آیا نوسانات اسپینی باز خواهند گشت؟ سوالات زیادی مطرح می‌شود که ما در آینده آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.»
توسعه مواد ابررسانای جدید می‌تواند به فناوری‌های تحول‌آفرین، از جمله شبکه‌های توان با کارآیی بالا، دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی پیشرفته و سیستم‌های محاسباتی پرسرعت منجر شود.
یافته‌ها در مجله
Nature Physics
منتشر شدند.
