کشف نوعی جدید از ابررسانایی بدون تلفات انرژی توسط دانشمندان
تلاش مشترک بین محققان در ایتالیا، سوئیس و آلمان به کشف نوع سومی از ابررسانایی منجر شده است که بدون تلفات انرژی عمل می‌کند و می‌تواند درهای جدیدی را به کاربردهای نو در محاسبات کوانتومی و بیشتر باز کند، یک بیانیه‌ی مطبوعاتی که با مهندسی جالب به اشتراک گذاشته شده است گفت.
ابررساناها که بیش از یک قرن پیش کشف شده‌اند، به خاطر توانایی آنها در هدایت برق بدون مقاومت شناخته شده‌اند. با این حال، این قابلیت تنها تحت شرایط محدود، عمدتاً زمانی که دما به صفر (۲۷۳− درجه سلسیوس) می‌رسد، وجود دارد.
محققان اولین بار در سال ۱۹۸۶ ابررسانایی در دماهای بالا را نشان دادند، که به توسعه پیشرفت‌ها در زمینه‌هایی مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و محاسبات کوانتومی کمک کرده است. با این حال، تنها دو نوع ابررسانا وجود داشته‌اند. اکنون، نوع سومی از ابررسانا می‌تواند کاربردها و راه‌های پژوهش جدیدی باز کند.
تفاوت در ابررساناها
مواد ابررسانا به طور سنتی به نوع اول و نوع دوم طبقه‌بندی شده‌اند. نیمه‌رساناهای نوع اول میدان‌های مغناطیسی خود را تا زمانی که شدت میدان مغناطیسی خواص ابررسانایی آنها را حذف کند دفع می‌کنند.
در مقابل، ابررساناهای نوع دوم ترکیبی از حالت‌های عادی و ابررسانا را نشان می‌دهند. آنها همچنین اجازه می‌دهند میدان‌های مغناطیسی از طریق شار کوانتومی به ماده نفوذ کنند قبل از این که ابررسانایی را نابود کنند.
نفوذ منجر به تشکیل جریان‌های گردابی ابرجریان می‌شود که به آنها گرداب‌های آبریکوسوف گفته می‌شود. این گرداب‌ها هسته‌های عادی دارند و باعث مقاومت محدود می‌شوند، که منجر به تلفات انرژی می‌شود و به ایجاد مکانیسم‌های خاصی برای مهار آنها نیاز دارد.
والری وینوکور، مدیر ارشد فناوری در Terra Quantum، در ایمیلی به IE گفت: "ابررساناهای نوع سوم هسته‌های عادی ندارند و بدون ایجاد مقاومت حرکت می‌کنند."
این به این معناست که ابررساناهای نوع سوم خواص ابررسانایی خود را حتی در میدان‌های مغناطیسی اعمال شده حفظ می‌کنند، و نیازی به ایجاد مکانیسم خاصی برای مهار گرداب‌ها نیست که یک چالش عملی در ابررساناهای نوع دوم معمولی است.
در میدان‌های مغناطیسی بالا خارجی، ابررساناهای نوع سوم ابررسانایی خود را از دست می‌دهند اما تجزیه جفت‌های کوپر که مسئول خواص ابررسانایی هستند مشاهده نمی‌شود. این اطمینان می‌دهد که هسته‌های عادی در گرداب‌ها شکل نمی‌گیرند، و رفتار بدون تلفات فرصت‌های جدیدی برای دستگاه‌های ابررسانا باز می‌کند.
چگونه این کشف انجام شد؟
این کشف توسط محققان دانشگاه پروجیا، ایتالیا، SwissScientific، و Terra Quantum، یک شرکت فناوری محاسبات کوانتومی مستقر در آلمان و سوئیس، چندین دهه است در حال انجام است.
در ایمیلی به IE، وینوکور افزود که تیم ویژگی‌های نوع سوم ابررسانا را از سال ۱۹۹۶ تئوری سازی کرده بود و پیشرفت‌های فنی در مورد پیشرفت‌های توپولوژیکی آن را در مقاله‌ای منتشر شده در ۲۰۲۱ انجام داده بودند.
در مقاله‌ای دیگر که سال گذشته منتشر شد، تیم تحقیقاتی به طور موفقیت‌آمیزی رفتار مقاومت ابررسانا را پیش‌بینی کرد و به این موضوع از طریق نمایش‌های تجربی اثبات کرد.
به عنوان یک شرکت فناوری محاسبات کوانتومی، Terra Quantum در حال جستجوی کیوبیت‌های ابررسانا است که می‌توانند در دماهای بالا کار کنند. آنها راه‌حلی در ابررساناهای نوع سوم یافته‌اند.
وینوکور در ایمیل به IE بیان کرد: "کیوبیت‌های ابررسانا وعده می‌دهند که کل صنعت محاسبات کوانتومی را متحول کنند و کیوبیت‌هایی ارائه می‌دهند که بدون از دست دادن انرژی کار می‌کنند."
یافته‌های پژوهش در مجله Physical Review B منتشر شد.
