فیزیکدانان رفتار ابررسانا را در دمایی که زمانی «غیرممکن» می‌دانستند، مشاهده کردند. آنها رفتار جدید غیرمنتظره‌ای را در یک ماده ابررسانا مشاهده کرده‌اند و اگر بتوانند علت را کشف کنند، این می‌تواند به آنها در یافتن ابررساناهایی در دمای اتاق کمک کند.
به گزارش ایسنا، دانشمندان فرآیند کلیدی مورد نیاز برای ابررسانایی را یافته‌اند که در دماهای بالاتر از آنچه پیش از این تصور می‌شد شکل می‌گیرد. این می‌تواند یک گام کوچک اما مهم در جستجوی یکی از دست نیافتنی‌های مهم فیزیک باشد و آن ابررسانایی که در دمای اتاق عمل می‌کند.
به نقل از اسپیس، این کشف که در داخل یک عایق الکتریکی انجام شده است، جفت شدن الکترونها را در دمای منفی ۱۹۰ درجه فارنهایت(منفی ۱۲۳ درجه سانتیگراد) نشان می‌دهد. این یکی از اجزای اسرارآمیز جریان تقریبا بدون تلفات الکتریسیته در مواد ابررسانای بسیار سرد است.
تاکنون، فیزیکدانان از اینکه چرا این اتفاق می‌افتد، آگاه نبودند. اما درک آن می‌تواند به آنها کمک کند ابررساناهایی که در دمای اتاق کار می‌کنند، پیدا کنند.
که-جون ژو(Ke-Jun Xu)، یکی از نویسندگان این مقاله، دانشجوی کارشناسی ارشد فیزیک کاربردی در دانشگاه استنفورد، در بیانیه‌ای گفت: جفت الکترونها به ما می‌گویند که آماده ابررسانایی هستند، اما چیزی مانع آنها می‌شود. اگر بتوانیم روش جدیدی برای همگام‌سازی جفت‌ها پیدا کنیم، می‌توانیم آن را برای ساخت ابررساناهایی که در دمای بالاتر کار می‌کنند، اعمال کنیم.
ابررسانایی از امواج به جا مانده در پی الکترونها هنگام حرکت در یک ماده ظاهر می‌شود. در دماهای به اندازه کافی پایین، این امواج، هسته‌های اتمی را به سمت یکدیگر می‌کشند و به نوبه خود باعث ایجاد یک جابجایی جزئی در بار می‌شوند که الکترون دوم را به الکترون اول جذب می‌کند.
به طور معمول، دو بار منفی باید یکدیگر را دفع کنند. اما در عوض، اتفاق عجیبی رخ می‌دهد: الکترونها به هم متصل می‌شوند و به یک «جفت کوپر» تبدیل می‌شوند.
جفت‌های کوپر از قوانین مکانیکی کوانتومی متفاوتی نسبت به الکترون‌های تک پیروی می‌کنند. به جای انباشته شدن به سمت بیرون در پوسته‌های انرژی، مانند ذرات نور عمل می‌کنند که تعداد نامتناهی از آنها می‌توانند در لحظه یک نقطه از فضا را اشغال کنند. اگر تعداد کافی از این جفت‌های کوپر در سراسر یک ماده ایجاد شود، به یک ابر سیال تبدیل می‌شوند که به دلیل مقاومت الکتریکی بدون اتلاف انرژی در جریان هستند.
اولین ابررساناها که توسط فیزیکدان هلندی هایک کامرلینگ اونز در سال ۱۹۱۱ کشف شد، در دمای غیرقابل تصور سرد نزدیک به صفر مطلق(منفی ۴۵۹.۶۷ فارنهایت یا منفی ۲۷۳.۱۵ درجه سانتیگراد) وجود داشت. با این حال، در سال ۱۹۸۶، فیزیکدانان ماده‌ای مبتنی بر مس به نام کوپرات(cuprate) پیدا کردند که در دمای بسیار گرمتر(اما هنوز بسیار سرد) یعنی منفی ۲۱۱ فارنهایت (منهای ۱۳۵ درجه سانتیگراد) به یک ابررسانا تبدیل می‌شود.
فیزیکدانان امیدوار بودند که این کشف آنها را به ابررساناهایی با دمای اتاق برساند. با این حال، درک آنچه که باعث می‌شود کوپرات‌ها رفتار غیرمعمول خود را نشان دهند به آهستگی پیش رفت و سال گذشته، ادعاهای فراگیری در مورد ابررساناهای بادوام در دمای اتاق به اتهاماتی مبنی بر جعل داده‌ها و ناامیدی ختم شد.
برای بررسی بیشتر، دانشمندان این تحقیق جدید به یک کوپرات معروف به اکسید مس نئودیمیم سریم(neodymium cerium copper oxide) روی آوردند. حداکثر دمای ابررسانایی این ماده در منفی ۴۱۴.۶۷ فارنهایت(منفی ۲۴۸ درجه سانتیگراد) نسبتا پایین است، اما زمانی که محققان نور فرابنفش را به سطح آن تاباندند، چیز عجیبی را مشاهده کردند.
معمولا وقتی بسته‌های نور یا فوتون‌ها به کوپراتی برخورد می‌کنند که الکترون‌های جفت‌نشده را حمل می‌کند، فوتون‌ها، انرژی کافی به الکترونها می‌دهند تا از ماده خارج شوند و باعث از دست دادن انرژی زیادی می‌شوند. اما الکترون‌های جفت کوپر می‌توانند در برابر بیرون راندن براساس برخورد نور خود مقاومت کنند و باعث می‌شوند که ماده فقط کمی انرژی از دست بدهد.
به رغم اینکه حالت مقاومت صفر آن فقط در دماهای بسیار پایین رخ می‌دهد، محققان دریافتند که شکاف انرژی در این ماده جدید تا ۱۵۰ کلوین ادامه دارد و این جفت شدن، به طور عجیبی، قوی‌ترین در اکثر نمونه‌ها در مقاومت در برابر جریان الکتریکی جاری است.
این به این معنی است که، حتی اگر بعید باشد که کوپرات به ابررسانایی در دمای اتاق برسد، می‌تواند حاوی نکاتی در یافتن ماده‌ای باشد که بتواند این کار را انجام دهد.
ژی- ژون شن(Zhi-Xun Shen)، نویسنده ارشد، استاد فیزیک در استنفورد، در بیانیه‌ای گفت: یافته‌های ما یک مسیر بالقوه رو به جلو باز می‌کند. ما قصد داریم در آینده این شکاف را مطالعه کنیم تا به مهندسی ابررساناها با استفاده از روش‌های جدید کمک کنیم. از یک طرف، ما قصد داریم از رویکردهای تجربی مشابهی برای به دست آوردن درک بیشتر در مورد این حالت استفاده کنیم. از سوی دیگر، می‌خواهیم راه‌هایی برای دستکاری این مواد پیدا کنیم.
منبع: ایسنا