ماده ای که هم آهنرباست و هم ابررسانا !
تعمیر تلفن: دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست توفیق یافتند در ساختاری نادر از گرافن که چند لایه به صورت «رومبوهدال» روی هم چیده شده اند، همزمان خاصیت ابررسانایی و مغناطیسی را در دماهای بسیار پایین مشاهده کنند؛ پدیده ای که تا حالا ناسازگار و نا ممکن تصور می شد.
به گزارش تعمیر تلفن به نقل از ایسنا، برای قرن ها، دانشمندان بر این باور بودند که ابررسانایی و خاصیت مغناطیسی دو نیروی متضاد هستند که نمی توانند همزمان در یک ماده وجود داشته باشند. اما پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به کشف این حقیقت شده اند که این دو خاصیت متناقض در یک نوع نادر از نانوساختار کربنی بصورت همزمان حضور دارند.
مطالعه جدید آنها نشان میدهد که در دماهای نزدیک به صفر مطلق، این ساختار گرافیتی نادر که با پیچش کنترل شده لایه ها و قرار گرفتن روی بور نیترید شش ضلعی ایجاد شده، نه فقط جریان برق را بدون مقاومت عبور می دهد (ویژگی اصلی ابررسانایی)، بلکه بین دو حالت مغناطیسی مختلف نیز سوئیچ می کند؛ حالتی که در هیچ ابررسانای شناخته شده ای دیده نشده است. این خاصیت منحصر به فرد «ابررسانایی متقارن» نامیده می شود. این کشف می تواند تحولات بزرگی در فناوری های کوانتومی، الکترونیک کم مصرف و دستگاه های پزشکی ابررسانا بوجود آورد، هرچند درحال حاضر کاربردهای عملی آن محدود به دماهای خیلی پائین است و جزییات دقیق مکانیزم آن هنوز در دست بررسی می باشد.
لانگ جو، استادیار فیزیک در MIT و از نویسندگان مقاله می گوید: اعتقاد عمومی بر این است که ابررساناها با میدان های مغناطیسی سازگار نیستند، اما ما معتقدیم این اولین مشاهده از ابررسانایی است که به گونه ای مستقیم و ساده مانند یک آهنربا رفتار می کند. این مساله بطورکامل عجیب است، برای اینکه با تصور عمومی ما از ابررسانایی و مغناطیس در تضاد است.
این کشف اعجاب انگیز می تواند دیدگاه های پیشین درباره ی ابررسانایی را تغییر دهد و در عرصه های علوم مواد، الکترونیک و محاسبات کوانتومی پیشرفت های بزرگی بوجود آورد.
در جریان این مطالعه، تیم MIT بدنبال ابررسانای مغناطیسی نبودند. آنها درحال بررسی گرافیت، ماده ای که در مغز مداد یافت می شود، بودند. گرافن از میلیونها لایه نازک کربن تشکیل شده که بصورت ورق های دوبعدی روی هم قرار گرفته اند.
در وضعیت خاص، گرافن می تواند ابررسانا شود. به طور معمول ورق های گرافن بصورت منظم روی هم چیده شده اند، اما در نقاط نادری از گرافیت، لایه ها کمی به هم تابیده شده اند که ساختاری موسوم به «رومبوهدال» به وجود می آورد. این ساختار را می توان مانند یک راه پله تولید شده از ورق های کربنی تصور کرد، نه یک انباشت صاف.
پژوهشگران قطعات کوچکی از این گرافن راه پله ای شکل را از گرافیت معمولی جدا کردند. هر قطعه شامل چهار یا پنج لایه گرافن بود که به این شکل خاص چیده شده بودند. سپس این قطعات روی ماده ای به نام بور نیترید شش ضلعی قرار گرفتند که بسیار نازک و صاف است.
اما این دفعه، دو ماده را بطور کامل هم راستا نکردند و کمی آنها را پیچاندند تا ساختار اتمی آنها نامنظم شود. بعد کل مجموعه را تا دمای بسیار پایین، حدود ۳۰۰ میلی کلوین (کمتر از یک درجه بالاتر از صفر مطلق) سرد کردند. تحت این شرایط، جریان الکتریکی را از قطعات عبور دادند تا رفتار الکترون ها را بررسی نمایند.
در این نقطه، مقاومت الکتریکی به صفر رسید که نشان دهنده ابررسانایی بود؛ یعنی جریان برق بدون هیچ اتلاف انرژی عبور می کند. سپس یک میدان مغناطیسی اعمال کردند که جهت آن قابل تغییر بود، مانند برعکس کردن قطب های آهنربا. در این حالت اتفاقی غیرمعمول رخ داد.
زک حدجری، یکی از نویسندگان مقاله و دانشجوی MIT می گوید: اگر این ماده یک ابررسانای معمولی بود، مقاومت بازهم صفر باقی می ماند تا وقتی که میدان مغناطیسی به حد بحرانی برسد و ابررسانایی از بین برود. اما این ماده بنظر می رسد بین دو حالت ابررسانایی تغییر وضعیت می دهد، مانند آهنربایی که ابتدا به سوی بالا اشاره دارد و می تواند با اعمال میدان مغناطیسی به سوی پایین بچرخد. این به مفهوم آنست که این ماده همزمان مانند یک ابررسانا و یک آهنربا رفتار می کند، چیزی که هیچ توجیه ساده ای ندارد.
این آزمایش برای اولین بار نشان داد که وقتی چند لایه گرافن بصورت خاص روی هم چیده شده و با ماده ای دیگر کمی تابیده شوند، می توانند بصورت همزمان خاصیت ابررسانایی و مغناطیسی از خود نشان دهند، دو خاصیت که قبل از این ناسازگار تصور می شدند.
پژوهشگران پنج نمونه دیگر با ساختار گرافن رومبوهدال را نیز بررسی کردند و در همه آنها ابررسانایی متقارن مشاهده شد. این یافته می تواند نتایج گسترده ای داشته باشد.
به عنوان مثال، ابررساناهای مغناطیسی می توانند در ساخت انواع جدید کیوبیت ها (واحدهای اطلاعات در کامپیوترهای کوانتومی) استفاده شوند که پایدارتر و کنترل آنها ساده تر است. همین طور می توانند الهام بخش تولید آهنرباهای ابررسانا در دستگاه های پزشکی مانند MRI باشند یا منجر به تولید الکترونیک کم مصرف با رفتار سوئیچینگ سریع تر و هوشمندانه تر شوند.
به نقل از ستاد نانو، ژنگ گوآنگ لو، استادیار دانشگاه ایالتی فلوریدا و از نویسندگان مقاله مربوط به این پروژه می گوید: تمام آن چه در این ماده کشف کرده ایم بطورکامل غیرمنتظره بوده است، اما چون این سیستم ساده است، معتقدیم می توانیم به درک خوبی از آن برسیم و اصول عمیق و بنیادین فیزیکی را نشان دهیم.
البته هم اکنون این ماده فقط در دماهای بسیار پایین کار می کند که برای کاربردهای عملی محدودیت دارد. همین طور دلیل دقیق رفتار عجیب آن هنوز بطور کامل شناخته نشده است و تحقیقات آینده می تواند به حل این ابهامات کمک نماید.
منبع: fixtel.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب