معجزه دیگری از گرافن؛ هدایت برق با مقاومت صفر ممکن شد

فیزیکدانان روش جدیدی برای تبدیل ماده عجیب گرافن به ابررسانای قدرتمندی کشف کردند که این ابررسانا قادر به جریان انداختن الکتریسته با مقاومت صفر خواهد بود. برای این منظور می توان از آلومینیوم استفاده کرد که در دماهای پایین خاصیت ابررسانایی دارد.

به گزارش کلیک، در حال حاضر گرافن چیزی فراتر از یک دستاورد است، ضخامت آن به اندازه یک اتم است، این ماده قوی تر از فولاد و سخت تر از الماس است و به طور باورنکردنی انعطاف پذیر است. سال گذشته زمانی که دانشمندان روشی را برای رهاسازی قابلیت های ابررسانایی از آن کشف کردند، این ماده شگفت انگیزتر به نظر رسید. امروزه برای اولین بار، دانشمندان نشان دادند که با قراردادن گرافن در تماس با ابررساناهای دیگر به آسانی می توانند به یک نوع جدید از ابررسانایی دست یابند.

ابررسانایی موضوع مهمی است، حتی برای ماده ای به کاملی گرافن. رساناهای معمولی مانند نقره و مس در حمل جریان الکتریکی خوب هستند، اما الکترون هایی که از میان آن ها حرکت می کنند دارای نواقصی هستند و باعث از دست رفتن انرژی می شوند.

اما در ابررساناها، الکترون ها جفت می شوند و بدون از دست دادن انرژی به صورت اصطکاک، از میان ماده حرکت می کنند.

این موضوع موضوع مهمی است، زیرا اگر ما بتوانیم روشی را برای دستیابی به ابررسانا در دمای اتاق کشف کنیم، به وسایل الکترونیکی کارآمدتر بدون از دست دادن انرژی دست خواهیم یافت. اکنون شرکت های انرژی حدود ۷ درصد انرژیشان را به صورت گرما و در نتیجه مقاومت در شبکه از دست می دهند.

تاکنون، نشان داده شده که گرافن در حالت های فوق العاده سرد ابررسانا می شود و این آزمایش جدید تفاوتی نداشته است.

اما به دلیل ویژگی های دیگر جالب توجه از این ماده، این ماده هنوز باارزش و مورد توجه است، و روزی فرا می رسد که می توان از گرافن برای ساخت وسایل الکترونیکی بسیار کوچک و با سرعت بالا که انرژی را به صورت گرما از دست نمی دهند، استفاده کرد.

در مطالعه اخیر، فیزیکدانان MIT تکه کوچکی از گرافن را بکار گرفتند و آن را بین آلومینیوم تحت فشار قرار دادند، آلومینیوم می تواند در دماهای پایین به عنوان ابررسانا رفتار کند.

آن ها این مجموعه کامل را تا حدود ۲۰ میلی کلوین (-۲۷۳٫۱۳ درجه سلسیوس یا -۴۵۹٫۶ درجه فارنهایت) سرد کردند و قابلیت های ابررسانایی آلومینیوم پدیدار شد.

هنگامی که چنین اتفاقی افتاد، گروه محققان نشان دادند که این امر سبب می شود گرافن عمدتا حالت الکتریکی خود را تغییر دهد و درواقع خصوصیات ابررساناها را به خود بگیرد.

ابررساناها در واقع برخی از ویژگی های ابررسانایی را به گرافن می دهند.

محققان کشف کردند که این الکترون ها می توانند به طور چشمگیری تحت تاثیر ابررساناها قرار بگیرند.

به جای اینکه الکترون ها در گرافن به عنوان ذرات پراکنده و جدا عمل کنند، آن ها درون آنچه که به عنوان شرایط Andreev شناخته شده شروع به جفت شدن می کنند. شرایط Andreev وضعیتی است که به موادی که به طور مرسوم ابررسانا نیستند اجازه می دهد که یک ابرجریان را حمل کنند، این ابرجریان بدون از دست دادن انرژی جریان می یابد.

برخلاف جفت های الکترون در مواد ابررسانای مرسوم، که به عنوان جفت های کوپر شناخته شده اند، الکترون ها در گرافن توسط ابررساناها که در دو طرف آن قرار گرفته از دو جهت مختلف کشیده می شوند، بدین ترتیب الکترون ها در گرافن بدون خنثی سازی جفت می شوند.

الکترون ها در یک ابررسانا در جفت هایی به طور هماهنگ می رقصند اما طراحی این رقص در ابررساناهای چپ و راست می تواند متفاوت باشد.

جفت ها در گرافن مرکزی هنگامی که در تلاشند تا هر دو نوع روش رقص را حفظ کنند، خنثی می شوند. این جفت های خنثی همان چیزی هستند که فیزیکدانان آن را به عنوان شرایط Andreev می شناسند، آن ها ابرجریان را حمل می کنند.

این اثر اولین بار در سال ۱۹۶۲ توسط فیزیکدان انگلیسی بریان دیوید جوسفسون پیش بینی شده بود، اما اکنون اولین باری است که نمایش این اثر در گرافن یا در هر ماده دو بعدی دیگری امکانپذیر شده است.

گروه های تحقیقاتی دیگر نیزتلاش کردند تا گرافن را تحت تاثیر هر ماده دیگری به ابررسانا تبدیل کنند.

اما این تکنیک نه تنها روش ساده تری را برای رهاسازی انرژی ابررسانایی گرافن عرضه می دارد، بلکه همچنین امکان مطالعه ذرات عجیب تر و سودمندتری را فراهم می آورد که ممکن است در گرافن دیده شوند.

از میان ذرات خاص مورد نظر فرمیون های ماجورانا از شرایط Andreev به وجود می آیند و می توانند روزی برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی قوی صحیح خطا استفاده شوند.

تلاش های زیادی در جامعه فیزیک برای جستجوی شرایط الکترونیکی کوانتومی عجیب انجام می شود.

به طور خاص، پیش بینی می شود که ذرات جدید به نام فرمیون های ماجورانا در گرافن پدیدار می شوند، بدین صورت که گرافن به الکترودهای ابررسانایی متصل شده و در معرض میدان های مغناطیسی بزرگ قرار می گیرد.

از آنجایی که محققان برخی از این ذرات را یکی می کنند، آزمایشات آن ها امیدبخش است.

 

یک دیدگاه