| ویسنده / نویسندگان : |
مسعود زرفشانی
|
|
مترجم : |
|
|
کلید واژه : |
کشف ـ فیزیکدان ـ‌دانشگاه بیرمنگام ـ مایکل لاولر ـ امواج چگال ـ الکترون‌های سیال
|
|
چکیده : |
یکی
از فیزیکدانان دانشگاه بیرمنگام به همراه دستیاران خود پرده از رازی در
ابررساناهای حرارت بالا برداشته است. تحقیق آنها که در آکادمی ملی علوم
نیز منتشر شده است، به پدیده قابل توجهی در اکسید مس یا همان کوپرات‌های
ابررسانا اشاره دارد.
|
|
منابع : |
ساینس دیلی
|
یکی
از فیزیکدانان دانشگاه بیرمنگام به همراه دستیاران خود پرده از رازی در
ابررساناهای حرارت بالا برداشته است. تحقیق آنها که در آکادمی ملی علوم
نیز منتشر شده است، به پدیده قابل توجهی در اکسید مس یا همان کوپرات‌های
ابررسانا اشاره دارد.
"مایکل لاولر" فیزیکدان دانشگاه بیرمنگام و یکی از اعضای گروه جهانی
فیزیکدانان است. او که سال‌هاست بر روی خواص ابررساناهای حرارت بالا مطالعه
می‌کند، از روی نمودارهای مختلف کوپرات‌ها به حالتی بین عایق و رسانایی
پی‌برده است.
او در یکی از مقاله‌های خود چنین می‌نویسد: "مدارک و شواهد حاکی از آن است
که این حالت توسط امواج چگال عجیب و غریبی حمایت می‌شود که می‌تواند کلید
این معما باشند." امواج چگال هنگامی در یک فلز ایجاد می‌شوند که
الکترون‌های سیال خود به خود متبلور می‌شوند. در چنین حالتی شکلی مارپیچ
مانند درون فلز ایجاد می‌شود.
این محققان با استفاده از تلسکوپ تونلی روبرشی (STM) توانسته‌اند ساختار
الکترونی محدوده‌های مولکول اکسیژن ابررسانای حرارتی را مشاهده کنند و به
این نکته پی‌ببرند که ساختار امواج چگال در این ابررسانا دی- اوربیتال است.
(یعنی الکترون‌های نزدیک هر اتم مس به شکل گل آفتاب‌گردان متبلور
شده‌اند.) که این از نظر دانشمندان ویژگی منحصر به فردی است، زیرا اکثر
امواج چگال ساختار اس– اوربیتال دارند و به گفته لاولر آنها چنین چیزی را
انتظار نداشته‌اند.
در این تحقیق، لاولر و همکارانش بر روی یکی از اعضای خانواده کوپرات‌های
ابررسانای حرارت بالا به نام بیسموت استرانسیم کلسیم مس اکسید تمرکز
کرده‌اند. لاولر با استفاده از تحلیل‌های ریاضی نمودارها و نوسانات امواج
چگال و مشاهده الگوهای آنها می‌گوید:" اکنون ما معتقدیم که این نوع امواج
چگال را در هر کوپراتی می‌توان مشاهده کرد."
بررسی‌ها نشان می‌دهد که این ابررسانا‌ها در درجه حرارت مشخصی مقاومت
الکتریسیته خود را از می‌دهند و در حالی که عایق جریان الکتریسیته
بوده‌اند، در آن حالت به ابر رسانا تبدیل می‌شوند. تا قبل از کشف ابر
رسانای حرارت بالا، فقط موادی را می‌شناختیم که در صفر مطلق به ابر رسانا
تبدیل می‌شدند.
مزیتی که این ابر رساناها نسبت به ابر رساناهای صفر مطلقی دارند این است
که برای ابر رسانا کردن این مواد می‌توان حرارت مورد نیاز را در شرایط
مختلف ایجاد کرد، ولی برای ایجاد ابررسانایی در ابر رساناهای صفر مطلقی
نمی‌توان شرایط صفر مطلق را همیشه داشت و اکنون با شناخت کوپرات‌ها و دیگر
ابر رساناهای حرارت بالا می‌توانیم آنها را در تکنولوژی‌های آینده به کار
ببندیم و با آنها باعث سرعت بخشیدن به جریان زندگی شویم. برای مثال
می‌توانیم این مواد را در برج‌های مخابراتی و یا حتی قطارهای پر سرعت
استفاده کنیم. البته این نکته فراموش نشود که علم ابر رساناهای حرارت بالا
تازه در ابتدای راه قرار دارد و برای مشاهده ثمرات آن باید صبر داشت.
پی نوشت:
"ابر رسانا حرارت بالا": در دهه ۱۹۸۰ در آزمایشگاه آی.بی.ام در زوریخ
فیزیکدان سوییسی، "الکس مولر" به همراه دستیار جوانش "جورج بدنورز" در حال
ساخت نوعی سرامیک بودند که اشتباه این جوان در گرم نکردن یک اجاق باعث کشفی
شد که هم پای کشف آتش از بزرگترین دستاوردهای بشر در تهیه انرژی است.
این سرامیک در دمای بسیار بالاتری از صفر مطلق در حدود ۷۰ تا ۸۰ کلوین
خاصیت ابررسانایی از خود بروز می‌دهد. همان‌طور که از ظاهر امر برمی‌آید،
خاصیت ابررسانایی در سرامیک‌ها و فلزات، سرشتی متفاوت دارند. سرامیک‌ها،
نارسانا هستند و سپس به ابررسانا تبدیل می‌شوند. در حالی که فلزات رسانا
هستند و ناگهان مقاومت در آنها صفر می‌شود. دمای‌گذار به ابررسانایی هم در
فلزات بسیار پایین تر از سرامیک‌ها است. به این ترتیب نظریه BCS دیگر قادر
به توضیح ماهیت ابررسانایی در سرامیک‌ها یا ابررساناهای دمای بالا نیستند.
دانشمندان تاکنون نظریه‌ای رضایت‌بخش برای توضیح این پدیده نیافته‌اند و
این مسئله یکی از مهم‌ترین مسائل حل نشده تاریخ فیزیک است.
"میکروسکوپ تونلی روبرشی" (STM) گونه‌ای میکروسکوپ پراب روبشی است که
براساس روبرش سطح رسانا توسط نوک بسیار باریک (در حد چند نانومتر) و تغییر
در میزان جریان عبوری برحسب فاصله عمل می‌کند. با این میکروسکوپ می‌توان
چگونگی آرایش اتم‌ها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر
ایجاد شده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه‌هادی است. جریان
در این گونه میکروسکوپ مستقیم است و جریان به صورت نمایی با فاصله نوک ـ
نمونه رابطه دارد.
"امواج چگال" نظریه ایست که توسط دو دانشمند چینی به نام‌های "چا چاو لین" و
"فرانک شو" در میانه‌های سال 1960 میلادی برای توضیح ساختار بازوی مارپیچ
کهکشان‌های مارپیچی ارائه شده است. نظریه آنها ایده‌ای از فرآیند شبه
تعادلی (به فرآیندی گفته می‌شود که به حدی آرام انجام شود که در آن اختلاف
حالت‌هایی که سیستم در حین تعادل از آنها عبور می‌کند، از حالت تعادلی تا
حد قابل چشم‌‌پوشی کوچک باشد. لازمه فرآیند شبه‌تعادلی، کوچک بودن زمان
لازم برای رسیدن سیستم به تعادل پس از هر تغییر کوچک در حالت سیستم در
مقایسه با مقیاس زمانی فرآیند است. این باعث می‌شود که در فرآیند خواص
سیستم در تمامی‌قسمت‌های آن یکسان باشد) امواج چگال را معرفی می‌کند که بر
این اساس این امواج بخش‌هایی از کهکشان‌های بشقابی هستند که چگالی بالاتری
نسبت به بخش‌های دیگر دارند. (حدود 10 تا 20 درصد بیشتر)
منبع: مجله دانشمند شماره 616 بهمن 1393
مجله دانشمند 616