تصوير برداري ابررسانايي نوین با بمباران تابشي
گاهی یک آسیب جزئي، حداقل در مورد ابررساناهای دما بالاي بر پايه آهن، می تواند موثر باشد. بمباران این مواد با یون‌های سنگین پرانرژی آسیب‌هايي در مقیاس نانومتری ايجاد مي‌كند که می‌تواند توانایی مواد برای حمل جریان بالا، بدون از دست دادن انرژی و بدون کاهش درجه حرارت بحراني، را افزایش دهد. چنین ابررساناهاي جریان بالا و دما بالايي ممكن است روزي در خطوط انتقال قدرت بدون اتلاف و یا توربین‌های تولید انرژی مورد استفاده قرار بگيرند. اما قبل از اينكه اين اتفاق بيافتد، دانشمندان بايد به صورت کمی و با جزئیات درك كنند كه چرا آسیب جزئي مي‌تواند موثر باشد و سپس از اين دانش استراتژیک براي مهندسي ابررساناهایي با بهترین ویژگی‌ها برای هر نوع کاربرد استفاده كنند.
در مقاله منتشر شده در مجله ساينس ادونسز، پ‍ژوهشگران دانشكده انرژي بروکهاون و آزمایشگاه ملی آرگون گودي‌هاي در سطح اتمی ابررسانای مبتنی بر آهن را بعد از بمباران توسط تابش یون‌های سنگین توصیف كردند. تصاویر روبش سطحي نشان مي‌دهند كه چگونه انواع خاصی از آسیب می‌تواند گرداب‌هاي مغناطیسی به طور بالقوه مخرب را در محل آسيب ايجاد كنند و از تداخل آنها با ابررسانایی پيشگيري كنند.
این کار تحقيقاتي محصول مرکز ابررسانایی نوين بروکهاون با همکاری آرگون و دانشگاه ایلینویز به منظور پرورش همکاری و پيشرفت در زمينه اين تحقيق است.
سیموس دیویس، فیزیکدان دانشگاه کرنل و آزمايشگاه بروکهاون مي‌گويد: «این مطالعه روش جدیدي برای طراحی و درک ابررساناهاي جريان بالا با عملكرد فوق سريع ارائه مي‌كند. ما راهي را نشان مي‌دهيم كه به موجب آن شما می‌توانید یک نمونه را با یون‌های سنگین تحت تشعشع قرار دهيد تا آنچه یون‌ها در مقیاس اتمی بر سر کریستال و ابررسانايي مي‌آورند را به طور همزمان مشاهده كنيد.»
وای وونگ ووك، فیزیکدان آرگون سرپرستي تحقيق روي بمباران یونی سنگین را برعهده دارد. او مي‌گويد: «یون‌های سنگین مانند طلا می‌توانند آسيب‌هاي ستون مانند پيوسته و یا گسسته‌اي را ايجاد كنند كه به داخل کریستال نفوذ مي‌کنند. وقتي که یون‌های با انرژی بسيار بالا از ماده عبور مي‌كنند، كريستال را در مقیاس اتمی ذوب مي‌كنند و ساختار بلوری را به قطر چند نانومتر تخريب مي‌كنند. درک جزئیات چگونگي تحت تاثير قرار گرفتن وي‍ژگي‌هاي الکترونیکی محلی و ظرفیت جريان ماکروسکوپی بدنه ماده توسط نقص‌ها و آسيب‌هاي مقياس اتمي اهميت ويژه‌اي دارد.»
دانشمندان به درك اين مورد علاقمندند كه چگونه نقص‌هاي نانومقیاس با گرداب‌هاي مغناطیسی میکروسکوپی، زماني كه ابررساناي بر پايه آهن در معرض ميدان الكتريكي قوي قرار مي‌گيرد، اندركنش مي‌كنند. اين نوع ميدان الكتريكي قوي در توربين‌ها و ساير كاربردهاي انرژي وجود دارد.
دیویس مي‌گويد: «این گرداب‌های کوانتومی مانند جريان‌هاي مخالف در رودخانه در حال حرکت هستند. آنها دشمن ابررسانایی هستند. شما نمی‌توانید از تشکیل آنها جلوگیری کنيد، اما دانشمندان مدت‌ها پیش در سال‌هاي 1970 دریافتند كه می‌توان گاهی اوقات از حرکت آنها در اطراف یون‌ها با تیراندازی برخی يون‌هاي انرژی بالا به سمت مواد و تشکيل آسیب در مقیاس اتمی جلوگيري كرد. در واقع نواقص در مقياس اتمي گرداب‌ها را به تله مي‌اندازند.»
بمباران تصادفی در واقع ايجاد ضربه است. دانشمنداني كه در حال توسعه مواد براي كاربرد در حوزه انرژی هستند تمايل دارند رویکرد استراتژیک بیشتري توسط توسعه نظریه کمی و پیش‌گويانه چگونگي مهندس كردن این مواد در اختيار داشته باشند.
ووك مي‌گويد: «ما مي‌خواهيم اگر یک شرکت به ما مراجعه كند و بگوید كه ما در حال توسعه این ابررساناها هستيم و می‌خواهیم آنها را وادار به داشتن يك جریان خاص در یک دمای خاص و در این نوع از میدان مغناطیسی كنيم، بتوانيم به آنها بگوییم که دقیقا چه نوع نقصي را بايد در ماده ايجاد كنند. برای انجام این کار آنها نيازمند به طرح نقشه‌اي از نقص‌ها، ابررسانایی و مکان‌های گرداب‌ها و همچنين یک مدل نظری کمی که توضیح دهد چگونه این متغیرها با یکدیگر و ابررسانایی بدنه ماده ارتباط دارند، هستند.
ميكروسكوپ تونلي روبشي تصويربرداري طيفي (SI-STM) كه توسط دیویس توسعه داده شده است اولین ابزاری است که می‌تواند نقشه این سه ویژگی در يك ماده را ايجاد كند. فريك ماسئي، دانشجوي فوق دكتراي آزمايشگاه بروكهاون و پيتر اسپارو، كارشناس ارشد دانشگاه كورنل كه دو نويسنده اصلي مقاله اين تحقيق هستند به سرپرستي دیویس، از سوزن الکترون-تونلی اين دستگاه براي اسکن سطح ماده و تصویربرداری از ساختار اتمی و خواص الکترون‌هاي هر اتم ماده استفاده كردند. دقت بالاي اين دستگاه به دانشمندان اجازه مي‌دهد يك اتم را طي دفعات مختلف و هر بار تحت شرایط خارجي مختلف، از قبیل تغییر در دما و میدان های مغناطیسی تقويت شده را اسكن كنند تا بتوانند شكل‌گيري، جابجايي، و اثرات گردابه‌هاي کوانتومی را مطالعه كنند.
مطالعات تصویربرداری در مقیاس اتمی نشان می‌دهند که علامتگذاری گرداب، براي به دست آوردن قابليت كار گذاشتن آن پیچش‌هاي مخرب در محل دقيق، بستگی به شکل مسيرهاي تخريب شده توسط یون‌های با انرژی بالا (به ويژه اینکه اين مسيرها نقطه مانند يا طويل باشند)، و همچنین شکل «خسارت‌های ناخواسته» به دور از مسیر اولیه طی شده توسط هر یون بستگي دارد. در حال حاضر نظریه پردازان با همکاری یکدیگر در دانشگاه ایلینویز از نتایج تجربی به منظور توسعه یک چارچوب توصیفی استفاده مي‌كنند تا دانشمندان بتوانند از آن برای پیش‌بینی و تست روش‌های جدید برای طراحی مواد استفاده کنند.
کووک مي‌گويد: «این مطالعات واقعا به حل اين مساله کمک خواهد که در چه درجه حرارتي چه نوع نقصي برای حمل یک جریان خاص بهتر خواهد بود. توانایی دستیابی به جریان بحرانی طراحی شده یکی از اهداف نهایی مرکز ابررسانایی نوين است.»
No tags for this post.
