بررسی کشمکش بین ابررسانایی و ساختار بلوری



ساختار بلوری ابررسانای FeSe، دارای لایه‌های چهارگوش اتم‌های آهن (Fe) است که پیوند شیمیایی قوی با لایه‌های اتم‌های سلنیوم (Se) دارند. الکترون‌های ابررسانا در لایه‌های آهن یافت می‌شوند. کارکرد این گروه نشان داد که انحراف شکل لایه‌های آهن از حالت چهارگوش هندسی در مقیاس‌های طولی چند هزار اتم‌، شاخص مهمی در تشخیص این موضوع است که آیا ابررسانایی رخ می‌دهد یا خیر.

موادی که ابررسانا می‌شوند باید حداقل یکی از ویژگی‌های طبیعی خود را قربانی کنند تا به توانایی انتقال جریان الکتریکی با مقاومت صفر برسند. گروهی از پژوهشگران در منبع نور سنکروترون ملی (NSLS) و مرکز نانومواد کاربردی بروخاون (CFN)، این کشمکش درونی را در گروهی از مواد ابررسانای بر پایه‌ی آهن کشف کردند. از این مواد می‌توان در کاربردهایی مانند ذخیره‌ی انرژی در خطوط انتقال برق پربازده بهره برد.

به گزارش خبرگزاری الکترونیوز و به نقل از فیزورگ، در حال حاضر مواد بر پایه‌ی آهن که موضوع نسبتاً جدیدی در زمینه‌ی ابررسانایی هستند، به دلیل انتقال الکترون بدون اصطکاک در دماهای بالا (بالاتر از حدود 50 کلوین یا 190- درجه‌ی سانتی‌گراد) شهرت دارند.

روبرت کاوا، پژوهشگر دانشگاه پرینستون، گفت: «ابررساناهای بر پایه‌ی آهن در بین مواد دارای بالاترین دمای تبدیل، رتبه‌ی دوم را دارند؛ ویژگی‌ای که برای استفاده از آن‌ها در کاربردهای عملی بسیار مهم است. در حال حاضر، پژوهش بر روی این مواد از تمامی جنبه‌ها در حال انجام است. وظیفه‌ی ما این است که بدانیم چرا ابررسانایی در این مواد در بالاترین مرتبه قرار دارد.»

کاوا و گروهی از پژوهشگران از پرینستون، دانشگاه استونی بروک، بروخاون و دانشگاه یوهانز گوتنبرگ آلمان، پژوهش‌های خود را بر روی ماده‌ای خاص متمرکز کردند که متشکل از لایه‌های آهن و سلنیوم است و سلنید آهن نام دارد. در سال‌های اخیر، دانشمندان جنبه‌های بی‌شماری از فیزیک بنیادی ابررساناهای بر پایه‌ی‌ آهن را کشف کرده‌اند و اغلب از طریق برقراری ارتباط با ساختار ماده یا خاصیت مغناطیسی ذاتی آن موفق به انجام این کار شده‌اند، اما رابطه‌ی دقیق این خاصیت‌ها نامشخص مانده بود.

کاوا ادامه داد: «ابررسانایی باید در یک نبرد کشمکشانه بین ویژگی‌های فیزیکی مختلف پیروز شود تا به وجود آید. جامعه‌ی پژوهشگران دریافتند که مغناطیس با ابررسانایی، در ابررساناهای بر پایه‌ی آهن به رقابت می‌پردازد اما کسی ایده‌ی خوبی ندارد که چگونه ساختار بلوری وارد رقابت می‌شود.»

گروه کاوا ساختار ابررسانا و غیرابررسانای سلنید آهن را با استفاده از دو ابزار مختلف مقایسه کرد: پرتوهای قدرتمند اشعه‌ی ایکس در NSLS و دسته‌ای از میکروسکوپ‌های پیشرفته در CFN. پژوهشگران در پرتوخط X16C در NSLS با استفاده از پراش پودر اشعه‌ی ایکس سینکروترون، تصاویری لحظه‌ای از این مواد در مقیاس چندصد نانومتر گرفتند. آن‌ها این داده‌ها را با تصاویر گرفته‌شده با میکروسکوپ الکترونی و پراش الکترونی ترکیب کردند که این کار وضوح تصویر را نسبت به روش اشعه‌ی ایکس بالاتر برد.

کاوا افزود: «ما به هر دوی این روش‌های پیچیده برای درک دقیق آنچه رخ می‌دهد، نیاز داشتیم.» هر چند، این یافته‌ها آن صحتی را که انتظار می‌رفت، نداشت.

در خلال نتایج این پژوهش که در نسخه‌ی 31 جولای 2009 مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شد، این گروه نشان دادند که ترکیب ابررسانای سلنید آهن از ترکیب غیرابررسانای آن، با تغییری در ساختار آن قابل‌تشخیص است. ابررسانا توان خود را از طریق ایجاد «اعوجاج» ساختاری بسیار کمی به دست می‌آورد و غیرابررسانا ساختار خود را با قدرت حفظ می‌کند.

همچنین این پژوهشگران نشان دادند که این تغییر ساختاری منحصربه‌فرد، همان‌طور که در گذشته فرض شده بود، ارتباطی با مغناطیس ندارد. پیوند اساسی این ماده (پیوند بین اتم‌ها) به همان شکل باقی می‌ماند در حالی که زاویه‌ی بین پیوندها تغییر می‌کند. این زاویه‌ها تنها چند درجه تغییر می‌کنند، یعنی، تا حدی که ابررسانایی شکل بگیرد. اما آنچه شگفت‌انگیز است این است که در حقیقیت این تغییر ساختاری در هر دو شکل ابررسانا و غیرابررسانای ماده وجود دارد، منتها در مقیاس‌های متفاوت و با اثرات متفاوت.

کاوا در این باره گفت: «این اعوجاج در ماده‌ی غیرابررسانا نیز یافت می‌شود اما تنها در طول ده‌ها اتم. این اعوجاج در ماده‌ی ابررسانا در فواصل بسیار طولانی حضور دارد. این جزییات پوشیده بود، تا زمانی که ما توانستیم به این مواد از نزدیک نگاه کنیم. اکنون، چالش بر سر یافتن این است که ساختاری بلوری در چه فاصله‌ای باید دچار اعوجاج شود تا ویژگی‌های خود را تحت تاثیر قرار دهد.»

در گام بعدی، گروه کاوا تلاش خواهند کرد رابطه‌ی ساختار و ابررسانایی را در سایر مواد بر پایه‌ی آهن مشخص کنند.

کاوا گفت: « امیدواریم با نشان دادن این مثال واضح به جامعه‌ی علمی، الهام‌بخش آنان برای تفکر درباره‌ی کنترل این تبدیل فاز باشیم.»

About this Entry

This page contains a single entry by مجید تاران published on November 7, 2010 10:23 AM.

روش جدید لیتوگرافی یخی در خدمت ساخت نانوقطعه‌ها was the previous entry in this blog.

گام دیگری در الکترونیک شفاف؛ پنجره‌هایی که الکتریسیته تولید خواهند کرد is the next entry in this blog.

Find recent content on the main index or look in the archives to find all content.