دستیابی به خاصیت ابررسانایی در مواد غیر ابررسانا

|
۰ دیدگاه
دستیابی به خاصیت ابررسانایی در مواد غیر ابررسانا

فیزیکدانان برای نخستین بار موفق شدند تا در موادی که ابررسانا نیستند، خاصیت ابررسانایی پیدا کنند! ابررسانایی به معنی رسانش الکتریکی با مقاومت الکتریکی صفر است که دستیابی به این رسانش گام مهمی در دانش و صنعت محسوب می شود.

به گزارش کلیک، این تکنیک جدید مفهومی را نشان می دهد که برای نخستین بار در سال ۱۹۷۰ اعلام شد ولی تا کنون به اثبات نرسیده بود. این مفهوم از همان سال ۱۹۷۰ توانست منجر به ساخت ابررساناهاییشود که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند مانند همان ابررساناهایی که در دستگاه های MRI و یا قطارهای مگلو (راه آهن مغناطیسی تندرو) به کار می روند. این مواد نسبت به مواد غیر ابررسانا برای انتقال انرژی و الکتریسیته، ارزان تر بوده و در دماهای بالاتر هم کیفیت بهتری دارند.

پاول چو (Paul C. W. Chu) پژوهشگر ارشد این گروه از دانشگاه هاوستون در مورد این پروژه گفته است: خاصیت ابررسانایی در خیلی جاها به کار گرفته می شود که شاید از این بین، MRI بیشتر شناخته شده باشد. در صورتی که مواد ابررسانا به خوبی تبلیغ شوند، می توانند انقلابی عظیم در سایر بخش های صنعت ایجاد کنند. این مواد نه تنها می توانند در ساخت سیستم های حمل ونقل فوق تندرو و بدون اصطکاک، مثل قطارهای مگلو و هایپرلوپ، به کار روند، که حتی می توانند شبکه های الکتریسیته ما را هم به مقدار بسیار زیادی بهینه سازی کنند.

در حال حاضر، موادی که برای انتقال الکتریسیته از مراکز تولید برق به خانه های ما به کار می روند، در طی این مسیر حدود ۱۰ درصد از انرژی را هدر می دهند. اما ابررساناها به هیچ میزان اتلاف انرژی ندارند و با استفاده از آن ها، شرکت های تولید برق می توانند بدون نیاز به تولید برق بیشتر، میزان انرژی بیشتری را به خانه های ما بفرستند.

اما نکته مهم درباره این مواد این است که باید در دماهای بسیار پایین، یعنی حدود ۲۶۹٫۱- درجه سلسیوس نگهداری شوند تا مقاومت الکتریکی در آن ها به صفر برسد که همین کار هزینه و انرژی زیادی را نیاز دارد. حتی بهترین ابررساناهای تحت آزمایش در آزمایشگاه ها هم تا به حال نتوانسته اند در دماهای بالاتر از ۷۰- درجه سلسیوس ابررسانا باشند! در حال حاضر تلاش های پژوهشگران بر روی این متمرکز شده است که بتوانند این دمای پایین را که به نام دمای بحرانی (Ts) شناخته می شود، تامین کنند.

به مدت چند دهه، دانشمندان به راهی بهتر برای افزایش ابررسانایی و بالا بردن دمای لازم فکر می کردند که تمام این تلاش ها، منجر به این شد که سعی کنند در مواد غیر ابررسانا، ابررسانایی ایجاد کنند.

 این ایده بر این اساس بنا شده است که اگر دانشمندان بتوانند از مواد عادی، ابررسانا بسازند، می تواند راه های زیادی را برای ساخت مواد ابررسانا حتی در دماهایی بالاتر ایجاد کنند. و حالا دانشگاه هاوستون اولین قدم را در این مسیر برداشته است. روش این گروه این است که یک ماده را در نقطه ای که بین دو فاز مختلف از خودش قرار گرفته است، با هم مواجه کند. برای این منظور، گروه از کلسیم آهن آرسناید (CaFe2As2) استفاده کرده است که ماده ای غیر ابررسانا محسوب می شود.

این ایده که ابررسانایی می تواند در نقطه ای که مواد از دو فاز مختلف با هم مواجه می شوند، به ماده اعمال شده و افزایش یابد، نخستین بار در سال ۱۹۷۰ مطرح شد. اما با این که مطالعات بسیار زیادی بر روی این موضوع صورت گرفته است، هنوز این مطالعات قادر به حذف اثرات استرس و اثرات شیمیایی نشده بودند و به همین دلیل تا به امروز، نتیجه مورد نظر به دست نیامده بود.

برای تایید این پژوهش، پژوهشگران هاوستون مطالعه خود را در فشار محدود و با استفاده از ماده کلسیم آهن آرسناید انجام دادند. سپس این ماده را تا دمای ۳۵۰ درجه سلسیوس گرم کردند تا به فرایندی برسند که به عنوان سخت کردن شناخته می شود که در آن ماده پس از حرارت دیدن، به آهستگی خنک می شود.

این فرایند سرد کردن تدریجی باعث ایجاد دو فاز مختلف در ماده می گردد. با این که هیچ یک از دو فاز موجود به تنهایی ابررسانا نیستند، گروه سعی می کند تا ابررسانایی را در جایی که دو فاز موجود با هم مواجه می شوند، تشخیص دهد.

ماده کلسیم آهن آرسناید در دمایی حدود ۲۵ کلوین به ابررسانایی رسید که حدود ۲۴۸٫۱۵- درجه سلسیوس است که هنوز هم چندان برای صنعت قابل استفاده نیست. اما گام بعدی این مطالعه قرار است بر روی این متمرکز باشد که همین ابررسانا را بتوانند در دمای پایین تری به نقطه تقابل دو فاز برسانند.

هنوز راه بسیار زیادی باقی است تا این تکنیک به طور اقتصادی در صنعت مورد استفاده قرار بگیرد، اما این راه به جرات می تواند مسیری برای دستیابی به مواد ابررسانای ارزان تر و بهتر در آینده باشد.

فروزان طاهری
اگر بخوام یه نامه از زندگیم بنویسم، خیلی کوتاهش میشه پر ماجرا و عالی و به سرعت رو به بالا، اونقدر که یه وقتا ترس برم میداره! شانس اینو داشتم که از دانشگاه تهران مهندسیم رو بگیرم ولی اگه شما این شانس رو نداشتین بهتون میگم چیز چندانی رو از دست ندادین! می نویسم، تدریس می کنم، برای چندتا وبسایت داخلی و بین المللی تولید محتوا می کنم، ترجمه می کنم و یادم می مونه لبخند بزنم!
از این نویسنده

بدون دیدگاه

جهت ارسال پیام و دیدگاه خود از طریق فرم زیر اقدام و موارد زیر را رعایت نمایید:
  • پر کردن موارد الزامی که با ستاره قرمز مشخص شده است اجباری است.
  • در صورتی که سوالی را در بخش دیدگاه مطرح کرده باشید در اولین فرصت به آن پاسخ داده خواهد شد.