پیشبرد ابر رساناها با کمک فشار

ابررساناها میتوانند 150 بار بیشتر از سیم های مسی الکتریسیته را هدایت کنند.چون این مواد حرکت الکترونها که اساس رسانش هستند را محدود نمیکنند.اما برای رسیدن به شرایط ابر رسانایی،مواد باید تا زیر یک دمای بسیار پایین (به اصطلاح دمای گذار)سرد شوند که این موضوع استفاده گسترده از آنها را غیر عملی میسازد.

اکنون برای اولین بار دانشمندان کشف کرده اند که علاوه بر دستکاری های شیمیایی،شرایط ابر رسانایی با اعمال فشار بالا روی ابررساناهای به اصطلاح دمای زیاد( high-temp)نیز میتواند رخ دهد.این کشف پنجره جدیدی را برای درک و کنترل این مواد جادویی میگشاید.

در گذشته ابر رساناها باید تا دماهای بینهایت کم (زیر  20 k یا -423 F )سرد میشدند. اما در دهه 1980 دانشمندان دسته دیگری از مواد از جنس اکسیدهای مس سرامیکی (کاپریتها)کشف کردند که ابررساناهای دمای بالا نامیده شدند.دانشمندان دریافتند که در دمای بالایی در حدود 135 k این مواد به حالت ابررسانایی گذار میابند.فهم چگونگی کارکرد این مواد و همچنین دستکاری آنها،برای عمل کردن در دماهای بالاتر،اکنون یکی از مهم ترین مسائل حل نشده فیزیک است.

Viktor Struzhkin از همکاران این مطالعه در آزمایشگاه ژئوفیزیک موسسه کارنگی میگوید:

"در ابر رساناهای کاپریتی،اتم ها در یک ساختار لایه لایه منظم شده اند.وقتی ماده به حالت ابررسانایی گذار می یابد،تغییراتی در صفحات اکسید- مس رخ میدهد.اسپینهای الکترونی متفاوت رفتار میکنند،انرژی ارتعاشی دستخوش تغییر میشود،بارها متفاوت رفتار میکنند و از این دست اتفاقات."

همکار دیگر این مطالعه Alexander Goncharov چزئیات را اینطور شرح میدهد:

"بعد از سالها دانشمندان فهمیدند که دمای انتقال با مقادیر خاصی از دوپینگ میتواند افزایش یابد.عمل دوپینگ در این حالت افزودن ذرات باردار است.( چه الکترونهای با بار منفی و چه حفره های با بار مثبت)ما میخواستیم اثر فشار بالا را روی یک کاپریت دمای بالا با پایه بیسموت (Bismuth )ببینیم.فشار این حسن را دارد که میتواند به تدریج و در یک رنج پیوسته اعمال شود؛درست مثل تنظیم یک رادیو؛ما به تدریج فشار را روی ابررسانا تنظیم کردیم و توانستیم مشاهده کنیم که در یک بازه گسترده فشار چه اتفاقی می افتد."

این محققان اثرات زیر اتمی را در مواد در فشار نزدیک به350,000  برابر فشار اتمسفر در سطح دریا (35 Gpa)با کمک گرفتن از یک حفره سندان مانند الماسی برای فشرده کردن نمونه و هم چنین تکنیکهای اندازه گیری تغییرات مثل طیف نگاری رامن (Raman ) یا پراش پرتو X مشاهده کردند.

Tanja Cuk رهبر گروه و دانشجوی دانشگاه استنفورد که این کار را به عنوان قسمتی از تحقیقات تز دکتری خود انجام داده،خاطر نشان می کند:

" 21 GPa   عددی جادویی بود؛ یک فشار بحرانی؛ با فشرده سازی ساختار ما توانستیم تغییرات را در 6 خاصیت فیزیکی مشاهده کنیم.نکته هیجان انگیز اینجا بود که این تغییرات،شبیه به چیزهایی بود که پس از دوپینگ مواد تا حالت بهینه مشاهده میشود و این موضوع به این معنی است که فشار بحرانی احتمالا با دوپینگ مرتبط است.علاوه بر آن ما با این کشف  که فشار میتواند جایگزین دما و عمل دوپینگ شود،به رویکردی کاملا جدید،برای مطالعه خواص پشت پرده ابررساناهای با تکنولوژی بالا (high-Tc) دست یافته ایم."

به گفته Struzhkin این مطالعه با ایجاد یک دورنمای کاملا جدید از ابررساناهایی که با کمک تغییر فشار بدست آمده اند یک گام مارا به فهم مکانیسم ابررسانایی دمای بالا نزدیک میکند.

مشاهده میشود که ابررسانش مرز بین عایق بودن و حالت فلزی است.ممکن است با کاربرد این فشارهای بالا ما بتوانیم کلید گم شده در مکانیسم ابررسانش دمای بالا را کشف کنیم و چندین قدم به استفاده ابررساناها در زندگی روزمره نزدیک شویم.موضوعی که میتواند کل سامانه های انرژی ما را تغییر دهد.