دانشمندان پس از چهار دهه دریافتند ساختار درونی یکی از مهم‌ترین خانواده‌های ابررساناها آن‌طور که تصور می‌شد یکدست نیست. این کشف می‌تواند توضیح تازه‌ای برای تفاوت عملکرد ابررساناها و نحوه حرکت الکترون‌ها در آنها ارائه کند.
به گزارش سیناپرس، ابررساناها موادی هستند که می‌توانند جریان الکتریکی را بدون اتلاف گرمایی منتقل کنند؛ ویژگی‌ای که آنها را به گزینه‌ای مهم برای فناوری‌های آینده، از شبکه‌های برق و رایانه‌ها گرفته تا تجهیزات پیشرفته پزشکی تبدیل کرده است. با این حال، هنوز بسیاری از رازهای عملکرد آنها برای دانشمندان حل نشده است.
اکنون پژوهشگران دانشگاه وارویک در بریتانیا و مرکز تابش سینکروترون اروپا در فرانسه، یکی از فرضیات قدیمی درباره گروهی از ابررساناهای موسوم به کوپرات‌ها را زیر سؤال برده‌اند.
ابررساناهایی که آن‌قدرها هم یکدست نیستند
کوپرات‌ها، که ساختاری مبتنی بر ترکیبات مس دارند، از زمان کشف نخستین نمونه‌های آنها در سال ۱۹۸۶، عمدتاً موادی با ساختار بلوری یکنواخت در نظر گرفته می‌شدند.اما پژوهش جدید نشان می‌دهد این تصویر بیش از حد ساده بوده است.دانشمندان با استفاده از فناوری پراش پرتو ایکس سه‌بعدی (3DXRD) توانستند ساختار بلوری در بخش‌های مختلف داخل ماده را بررسی کنند؛ روشی که امکان مشاهده تغییرات ساختاری در عمق ماده را فراهم می‌کند.
آنها نوعی ابررسانای کوپرات به نام LESCO را در محدوده دمایی ۳۰۰ تا ۱۰۰ کلوین بررسی کردند؛ یعنی از حدود ۲۷ درجه سانتی‌گراد تا منفی ۱۷۳ درجه سانتی‌گراد.
درون ابررسانا چه می‌گذرد؟
نتایج یک غافلگیری مهم به همراه داشت. برخلاف تصور قبلی، درون این ماده تنها یک آرایش اتمی وجود نداشت؛ بلکه پژوهشگران دو ساختار اتمی متفاوت را شناسایی کردند که با نواحی مرزی نسبتاً گسترده از یکدیگر جدا شده بودند.به گفته پژوهشگران، این ساختار درونی بیشتر شبیه یک «وصله‌دوزی» از مناطق مختلف است تا یک بلور کاملاً یکنواخت.
اهمیت این کشف در رفتار الکترون‌هاست. نحوه حرکت و جفت‌شدن الکترون‌ها نقش اساسی در ایجاد ابررسانایی دارد و ساختارهای متفاوت و مرزهای میان آنها می‌توانند بر این فرایند اثر بگذارند.
چرا این کشف برای ابررساناها مهم است؟
این یافته می‌تواند توضیح دهد چرا برخی مواد ابررسانا عملکرد بهتری نسبت به مواد مشابه دارند. همچنین ممکن است بخشی از اندازه‌گیری‌های پیشین که بر اساس فرض یکنواخت بودن ساختار این مواد انجام شده‌اند، نیازمند بازنگری باشند.
پژوهشگران می‌گویند مدل‌های نظری آینده نیز باید این پیچیدگی ساختاری را در نظر بگیرند.این موضوع از آن جهت اهمیت دارد که یکی از اهداف اصلی پژوهش درباره ابررساناها، نزدیک‌شدن به شرایطی است که بتوان از آنها در دما و فشارهای عادی استفاده کرد. حتی ابررساناهایی که «دمای بالا» نامیده می‌شوند، همچنان برای عملکرد مناسب به دماهای بسیار پایین نیاز دارند.
پرسش مهمی که این مطالعه مطرح می‌کند این است که آیا باید چنین ابررساناهایی را یک ماده واحد در نظر گرفت یا ساختارهای متفاوت و مرزهای گسترده درون آنها نشان می‌دهد که بهتر است آنها را مجموعه‌ای از چند ساختار متفاوت بدانیم.
پژوهشگران قصد دارند با استفاده از همین روش، ساختار داخلی سایر مواد ابررسانا، از جمله دیگر کوپرات‌ها، را نیز بررسی کنند.این یافته نشان می‌دهد حتی درباره موادی که حدود ۴۰ سال است مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، هنوز ممکن است جزئیات مهمی در ساختار درونی آنها از دید دانشمندان پنهان مانده باشد.
هدف نهایی این تحقیقات، درک بهتر ابررسانایی و نزدیک‌شدن به استفاده گسترده‌تر از این پدیده در فناوری‌هایی مانند شبکه‌های برق، سامانه‌های محاسباتی و تجهیزات پزشکی است.
این پژوهش در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
مترجم:نیروانا محمد حسینی