کشف نوع جدید از گرافن با بالاترین قدرت رسانش

گرافن در حالت طبیعی خودش تبدیل به یک ابررسانا شده و به این معنی است که جریان الکتریکی می تواند با مقاومت صفر از آن عبور کند.

به گزارش کلیک، سال گذشته فیزیک دانان توانستند این کار را از طریق ناخالص کردن گرافن با اتم های کلسیم انجام دهند اما این اولین بار است که محققین بدون تغییر دادن مواد، به ابررسانایی دست یافته اند. نتایج تا کنون نشان داده اند که مواد به نوع کمیابی از ابررسانایی دست یافته اند که حتی قوی تر از چیزی است که دانشمندان انتظار آن را داشتند.

تحقیق جدید برای ماده ای مثل گرافن یک کار بزرگ است و ابر رسانایی کلید لوازم الکترونیک کارآمدتر، شبکه های برق قدرتمند تر و فناوری پزشکی جدید محسوب می شود.

یکی از محققین، جیسون رابینسون از دانشگاه کمبریج می گوید “مدت زیادی این طور فرض می شد که گرافن تحت شرایط مناسب می تواند انتقال ابررسانا را انجام دهد اما این اتفاق نمی افتاد.”

وی می گوید اکنون او و تیمش توانسته اند این توانایی را بیدار کنند. این طور به نظر می‌رسد که گرافن تنها یک ابرهادی نرمال نیست، بلکه می تواند جریان را بدون هیچ مقاومتی هدایت کند و در نتیجه یک نوع تایید نشده از ابررسانا با نام وضعیت p-wave است. برای تایید این نتایج هنوز نیاز به تحقیقات تکمیلی دارند.

در حال حاضر گرافن یک ورقه دو بعدی از اتم های کربن است که بسیار انعطاف پذیر بوده و محکم تر از فولاد است. اما از زمان کشف آن در سال ۲۰۰۴، محققین این فرضیه را داشتند که گرافن می تواند ابر رسانا باشد.

حتی موادی که هادی خوبی هستند، در مقایسه با ابررسانا چندان مفید به نظر نمی‌رسند. برای مثال شرکت های انرژی حدود ۷درصد انرژی خود را به صورت گرما در نتیجه مقاومت شبکه ها از دست می دهند.

در حال حاضر از ابرهادی ها برای ایجاد میدان مغناطیسی قوی در دستگاه های MRI و قطار مگلو استفاده می شود اما در حال حاضر این مواد تنها در دمایی نزدیک به منفی ۲۶۲ درجه سلسیوس(منفی ۴۵۲٫۲ درجه فارنهایت) به ابررسانا تبدیل می شوند که بسیار گران‌قیمت است و چندان هم عملی نیست.

اگر بتوان راهی پیدا کرد که به ابررسانایی پایدار و در دمای بالا رسید، می‌توان به ابر رایانه هایی بدون مقاومت و فناوری پزشکی کارآمدتر دست یافت. و همیشه گرافن نامزد اول این فرضیه بوده است.

محققین موفق شدند گرافن را با افزودن کلسیوم به آن تبدیل به ابررسانا کنند و تیم های دیگر نیز به نتایج مشابه با مواد دیگر دست یافته بودند. اما در مطالعه جدید، محققین دانشگاه کمبریج توانستند گرافن را بدون افزودن مواد دیگر فعال کنند.

آنجلو دی برنادو یکی از اعضای تیم می گوید “قرار دادن گرافن روی فلز می تواند خواص آن را تغییر دهد و از نظر تکنیکی دیگر آن‌طور که باید رفتار نخواهد کرد.”

در عوض این تیم با اتصال آن با ماده ای موسوم به پراسئودیمیوم سدیم اکسید مس(PCCO) به ابررسانایی دست یابند. شاید این کار شبیه آزمایشات قبلی به نظر برسد ـ از لحاظ قرار دادن گرافن روی یک ماده دیگر ـ اما در اینجا تفاوت این است که PCCO نوعی ماده ابررسانا با نام کوپرات است که خواص الکترونیک را به خوبی درک می‌کند. از این رو تیم توانست ابررسانایی PCCO را از گرافن تفکیک کند که نتیجه بسیار شگفت آور تر از حد انتظار بود.

ابررسانایی زمانی رخ می دهد که الکترون ها جفت شده و به راحتی در میان یک ماده حرکت می‌کنند. هم ترازی اسپین یا تقارن این جفت الکترون ها بسته به نوع ابررسانای مورد نظر تغییر می کند. برای مثال،  در PCCO الکترون ها با حالت اسپینی جفت می شوند که ضد پارالل بوده و به وضعیت d-wave می رسند.

اما این تیم مشاهده کردند که گرافن بسیار متفاوت است و شواهدی یافتند که مبنی بر نوعی ابررسانایی خاص و تایید نشده با نام p-wave است.

هنوز قطعی نیست که این تیم به چه نوع ابررسانایی دست یافته است اما تایید شده است که واقعا p-wave است و محققین می توانند برای اولین بار آن را به درستی بررسی کنند. ابر رسانایی p-wave بار اول در سال ۱۹۹۴ توسط محققین ژاپنی مطرح شد. در آن زمان آن‌ها مشغول بررسی یک ماده کریستالی به نام استرونتیوم بودند اما این بلوره برای این نوع مطالعه زیاد از حد بزرگ است. اگر گرافن چنین خاصیتی را نشان دهد، بررسی آن بسیار ساده تر است.

همچنین گرافن می تواند کلیدی برای باز کردن قفل ابررسانایی در دمای منفی ۲۶۹ درجه باشد .



بدون دیدگاه