گرافین یک ابر رسانای بی نظیر
طبق آخرین تحقیقات فیزیک دانان لایه هایی از جنس کربن به نازکی یک اتم می توانند به ابر رسانا هایی تبدیل شوند که الکتریسیته را بدون هیچ گونه استهلاکی در مقدار انرژی منتقل می نمایند.
شکل و ساختار فیزیکی کربن هایی که در مداد ها یافت می شوند همگی از نوع گرافیت است که از ورقه های متعددی از کربن تشکیل می شود. این ورقه ها با نام گرافین موجود بوده و از یک لایه خاص از اتم های کربن که شکلی شش گوشه دارند بوجود آمده است.
گرافین به طرز شگفت آوری مقاوم بوده طوری که بر اساس وزن خود 200 برابر از آهن مقاوم تر است. این ماده دارای خواص بسیار خوبی از لحاظ رسانایی است و یک هادی با ویژگی های بهینه به حساب می آید. بنابراین از این ماده به شکل گسترده ای می توان در مدارات الکتریکی و دستگاه های برقی استفاده نمود.
اگر چه گرافین دارای خواص ویژه ای از لحاظ الکتریکی بوده اما تا کنون به عنوان یک ابر رسانا به کار گرفته نشده است. ابر رسانا ها بدون ایجاد هیچ گونه مقاومتی جریان الکتریسیته را عبور داده و در نتیجه باعث بوجود آمدن خطوط الکتریکی کارامد تری می شوند.( کارخانه های تولید کننده انرژی الکتریسیته به طور معمول 7 درصد از انرژی الکتریسیته تولیدی خود را به علت مقاومت های موجود در سیم های انتقال از دست می دهند و این انرژی از دست رفته در این سیم ها به گرما تبدیل می شود.)
ویژگی ابر رسانایی پیش از این در گرافین مشاهده شده بود و مدل های تئوریک نشان می دادند که گرافین توانایی تبدیل شدن به یک ابر رسانا در صورت افزوده شدن مواد افزودنی لازم را داراست.
هم اکنون یک تیم بین المللی از محققان اولین ابر رسانا تولید شده را با استفاده از گرافین و پوشاندن آن با اتم های لیتیوم تولید نمودند.
به گفته سرپرست تحقیقات آندرا داماسکلی از بخش کوانتوم دانشگاه بریتیش کلمبیای شهر ونکوور گروه های بسیاری سال های طولانی برای دست یابی به اولین ابر رسانای ساخته شده از گرافین تلاش نمودند. گفتنی است راهی که شما با استفاده از آن نمونه ها را تولید می نمایید راه حل این مشکل است.
محققان در موسسه ماکس پلانک در اشتوتگارت آلمان ورقه های گرافین مورد نیاز را تولید نمودند و سپس دانشمندان دانشگاه بریتیش کلمبیا این ورقه های تولیدی را با استفاده از پوشش لیتیوم کاور کردند.
یکی از علل شکست تلاش های پیشینی که برای تولید ابر رسانا های گرافینی پوشیده شده با لیتیوم بوجود آمده بود ایجاد شدن ناپایداری در نمونه به علت شیوه و تکنیک ایجاد کاور بود. یکی از این ناپایداری ها گرما است , این گونه از ناپایداری اتم های لیتیوم را از مسیر هایی که به ایجاد رسانایی در گرافین منجر می شد منحرف می نمود.
برای حل این مشکل داماسکلی و همکارانش ورقه های گرافین را با استفاده از لیتیوم در محیط خلائ در دمای منفی 268 درجه سلسیوس کاور نمودند. لازم به ذکر است که این دما تنها 5 درجه از صفر مطلق بالا تر بود.
ابر رسانایی با اتکا به الکترون هایی که یکدیگر را همانند الکترون های موجود در مواد عادی دیگر , دفع نمی نمایند بوجود می آیند. این الکترون ها به جای دفع یکدیگر جفت های بسیار ظریفی تشکیل داده که بدون زحمت در طول ابر رسانای ما جریان می یابند.
الکترون های موجود در جفت های ذکر شده با استفاده از فونون ها و یا نوسانات اتم های ابر رسانا در کنار یکدیگر قرار می گیرند. اتم های لیتیوم اتصال فونون های الکترون به یکدیگر را در گرافین تقویت نموده و به این ابر رسانا اجازه می دهند تا در دمای منفی 267 درجه سانتی گراد عملکرد مناسبی داشته باشد.
محققان معتقدند که استفاده از گرافین در سیستم ها و وسایل انتقال الکتریسیته کمی بعید به نظر می رسد و این ماده احتمالا در ساخت سنسور های فوق حساس مغناطیسی با نام SQUIDs ها و یا وسایل الکتریکی ابر رسانای کوانتوم که می توانند عملکرد مغز انسان را با جزییات دقیق بررسی و اسکن نمایند استفاده خواهند شد.
محققان امیدوارند تا بتوانند درک بهتری از طبیعت ابر رسانایی گرافین پیدا نموده که به آن ها کمک می نماید تا راه هایی برای ساخت ابر رسانا ها در دما های بالا تر بیابند.
No tags for this post.
