ابررساناها برای هدایت جریان برق، بیش از 150 برابر کارآمدتر از سیم‌های مسی هستند. اما برای رسیدن به حالت ابررسانایی، باید این مواد را تا دمای بسیار پایین که دمای تبدیل نامیده می‌شود، سرد کرد که در این دما مقاومت الکتریکی آن‌ها از بین می‌رود. دستیابی به ابررساناهایی با دمای تبدیل بالاتر یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های علم فیزیک است.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، تاکنون، موادی به نام کاپریت‌ها، تنها موادی بوده‌اند که دمای تبدیل آن‌ها، بالاتر از دمای جوش نیتروژن مایع در 77 درجه‌ی کلوین بوده‌ است. اینکه آیا پژوهشگران می‌توانند دمای تبدیل را در چنین موادی بالاتر ببرند، همچنان به صورت یک چالش باقی مانده است.

پژوهشگرانی از آزمایشگاه ژئوفیزیک موسسه‌ی کارنگی، با همکاری عده‌ای دیگر، به طور ناگهانی دریافتند که دمای تبدیل، می‌تواند در بلور اکسید بیسموس با عنوان Bi2223، تحت دو فشار متفاوت و شدید تغییر کند. فشار بالاتر، منجر به دمای تبدیل بالاتر می‌شود. این پژوهشگران معتقدند این پدیده‌ی غیرعادی از رقابت رفتار الکترونیکی در گونه‌های مختلف لایه‌های مس-اکسیژن در این بلور حاصل می‌شود. جزئیات این کار در نسخه‌ی 19 آگوست مجله‌ی Nature به چاپ رسید.

ژیائوجیا چن، سرپرست نویسندگان در کارنگی شرح داد: «Bi2223، شبیه یک کیک چندلایه است. در بالا و پایین، لایه‌های عایق اکسید بیسموس قرار دارند. بین این دو لایه، لایه‌های اکسید استرانتیوم و سپس اکسید مس و بعد از آن کلسیم وجود دارند. در نهایت، لایه‌ی میانی، باز هم اکسید مس است. جالب توجه اینکه، لایه‌های بیرونی و درونی اکسید مس، ویژگی‌های فیزیکی متفاوتی دارند و این به خاطر عدم تعادل بار الکتریکی بین لایه‌هاست.»

یک روش که دانشمندان برای افزایش دمای تبدیل مواد ابررسانا کشف کرده‌اند این است که آن‌ها را با افزودن ذرات باردار «ناخالص» می‌کنند.

تحت فشار عادی، دمای تبدیل Bi2223، که به خوبی ناخالص شده است، برابر 108 درجه‌ی کلوین است. این دانشمندان، کریستال‌های ناخالص شده‌ی این ماده را تحت فشارهای بالا تا 359000 برابر فشار جو (36.4 گیگاپاسکال) قرار دادند. این فشار، بالاترین فشاری است که تاکنون در محاسبات مغناطیسی روی ابررسانای کاپریت به کار رفته است و اولین دمای تبدیل بالا نیز، در فشار 100666 اتمسفر (10.2 گیگاپاسکال) رخ داد.

چن، ابراز داشت: «پس از آن، افزایش فشار با کاهش دمای تبدیل متوقف شد. سپس به طور غیرمنتظره‌ای در فشار حدود 237000 اتمسفر (24 گیگاپاسکال)، حالت ابررسانایی دوباره ظاهر شد. حتی در فشارهای بالاتر(359000 اتمسفر)، دمای تبدیل به 136 درجه‌ی کلوین افزایش یافت. این بالاترین فشاری بود که دستگاه ما می‌توانست تشخیص دهد.»

پژوهشی دیگر نشان داد که برخی از ابررساناهای چندلایه‌ی شبیه این ماده، رفتارهای الکترونیکی و نوسانی متفاوتی در لایه‌های مختلف نشان می‌دهند. از نظر این پژوهشگران، 237000 اتمسفر، یک فشار بحرانی است که این فشار، مانع بروز این رفتارها شده و ابررسانایی را بهبود می‌بخشد.

ویکتور استرازکین، یکی از نویسندگان از کارنگی گفت: «این یافته، دورنماهای جدیدی را برای رسیدن به دمای تبدیل بالاتر در ابررساناهای کاپریت چندلایه ارائه کرد. این پژوهش، می‌تواند راهی برای طراحی ابررساناهایی با دمای تبدیل بالاتر در شرایط محیطی بگشاید.»

لینک دائمی | نسخه مناسب چاپ | ارسال لينك اين صفحه به دوستان |