ساخت ابررسانایی از جنس آلومینیوم

مواد ابررسانا کاربردهای زیادی در صنایع با فناوری های بالا دارند. اما اصلی ترین مشکل در استفاده از این مواد، پایین بودن دمای لازم برای عملکرد درست آنها است. این دما معمولاً به صفر مطلق نزدیک است. اما ابرسانا چیست؟

وقتی الکترون در یک مدار مجتمع الکترونیکی حرکت می کند، به صورت مداوم به ناخالصی های میکروسکپی موجود در مسیر خود برخورد کرده و از مسیرش منحرف می شود. این مساله سبب به وجود آمدن مقاومت الکتریکی و اتلاف انرژی به صورت گرما می شود. گرمای تولید شده از تجهیزات الکترونیکی به هیچ وجه چیز مطلوبی برای طراحان و نیز کاربران به شمار نمی رود. با این حال در حال حاضر و با بهره گیری از مواد موجود، تولید این گرما اجتناب ناپذیر است.

اما ابررساناها داستان دیگری دارند. این مواد می توانند جریان الکتریسیته را از خود عبور دهند، بدون اینکه هیچ گونه مقاومتی در مسیر برای الکترون ایجاد شود. این مواد در برخی صنایع دارای فناوری بالا نظیر تصویربرداری ام.آر.آی، قطارهای مغناطیسی و نیز شتاب دهنده های الکترونیکی کاربرد دارد. مصرف انرژی در محصولات الکترونیکی مبتنی بر ابررساناها بسیار بهینه است، زیرا انرژی در آنها به هدر نمی رود.

با این حال، استفاده از ابررساناها با یک دشواری مهم روبرو است و آن هم اینکه عملکرد آنها در دمایی نزدیک به صفر مطلق صورت می گیرد. البته سی سال پیش دسته ای جدید از ابررسانانه به نام «ابررساناهای دمای بالا» کشف شدند. اما این نام بیشتر حالتی اغواگرانه داشت، زیرا دمای مورد نیاز برای عملکرد درست این مواد 135 درجه کلیون یعنی -135 درجه سانتیگراد بود.

در مطالعه جدیدی که توسط دانشمندان به عمل آمده، یک ابررسانای دیگر از همین خانواده کشف شده که می تواند در دمایی بالاتر هم عمل کند. این دانشمندان توانستند به این نتیجه رسیدند با اینکه اتم های تکی آلومینیوم در دمای بسیار پایین (حدود 1 درجه کلوین) ابررسانا می شوند، اما ابراتم ها (یعنی دسته از اتمها که به شکلی منظم قرار گرفته اند و رفتاری همانند یک اتم واحد دارند) می توانند در دمایی بالاتر (حدود 100 درجه کلوین) هم کارکرد داشته باشند.

پدیده ابررسانایی وقتی روی می دهد که جفت های کوپر در یک ماده تشکیل شوند. جفت کوپر درواقع جفت الکترون هایی هستند که جاذبه ای اندک به یکدیگر داشته و سبب می شوند که الکترون در برخورد با موانع از مسیر خود منحرف نشود و در نتیجه اتلاف انرژی گرمایی نداشته باشیم. البته این پدیده در شرایطی خاص روی می دهد و حتی اندکی انرژی خارجی می تواند سبب بر هم خوردن ساختار این جفت شود. به همین دلیل است که ابررساناها در دماهای بسیار پایین عمل می کنند.

در این مطالعه جدید، دانشمندان یک سری ابراتم های آلومینیوم را که دارای 32 تا 95 اتم بودند تشکیل دادند. دانشمندان به این نتیجه رسیدند که در ابراتم هایی که دربردارنده 37، 44، 66 و 68 اتم بودند، پدیده جفت کوپر روی می داد و ماده مذکور به ابررسانا تبدیل می شد.

این دانشمندان بر این باورند که تهیه ابراتم ها از فلزات مختلف می تواند به کشف ابررساناهایی جدید که شاید در دمای بالاتری عمل کنند بیانجامد. با اینکه آستانه دما برای ابراتم آلومینیوم 100 درجه کلوین (-173 درجه سلیسیوس) بود، اما مواد مختلف در دمایی بالاتری به این وضعیت می رسند.

اگر پژوهشگران بتوانند روزی به ابررسانایی دست یابند که بتواند در دمای اتاق فعال شود، این کشف می تواند تاثیری دگرگون کننده بر دنیای صنایع الکترونیک، تصویربرداری پزشکی و ده ها صنعت با فناوری بالا داشته باشد.

جزئیات این پژوهش در ژورنال Nano Letters منتشر شده است. 

No tags for this post.