شکستن سد ۴۰ ساله با کشف نخستین ابررسانای بدون مس با دمای بالا

دانشمندان دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) نخستین ابررسانای بدون مس را که در دمای بالاتر از ۳۰ کلوین و تحت فشار محیطی عمل می‌کند، توسعه دادند. این کشف می‌تواند انقلابی در الکترونیک کم‌مصرف ایجاد کند.

آریاندو و استفان لین اِر چاو از دپارتمان فیزیک دانشگاه ملی سنگاپور موفق به طراحی و سنتز یک ماده جدید—یک اکسید ابررسانای بدون مس—شده‌اند که قادر است در دمای حدود ۴۰ کلوین (معادل منفی ۲۳۳ درجه سانتی‌گراد) تحت فشار محیطی به حالت ابررسانایی برسد. این کشف جایگاه NUS و سنگاپور را در خط مقدم تحقیقات ابررسانایی دما بالا تقویت می‌کند.

گام تازه‌ای پس از ۴۰ سال

تقریباً چهار دهه پس از کشف ابررسانایی در اکسید‌های مسی که جایزه نوبل فیزیک ۱۹۸۷ را به خود اختصاص داد، محققان دانشگاه ملی سنگاپور اکنون نوع جدیدی از اکسید‌های ابررسانا را شناسایی کرده‌اند که درک دانشمندان از ابررسانایی نامتعارف را فراتر از اکسید‌های مسی گسترش می‌دهد.

اهمیت ابررسانا‌ها

در الکترونیک مدرن، هنگام فعالیت دستگاه‌ها گرما تولید شده و انرژی مصرف می‌شود. در مقابل، ابررسانا‌ها دارای خاصیتی منحصر‌به‌فرد به نام «حالت مقاومت صفر» هستند که تلفات انرژی ناشی از مقاومت الکتریکی را از بین می‌برد. این ویژگی باعث می‌شود ابررسانا‌ها گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربرد‌های الکترونیکی مدرن باشند و به تقاضای روزافزون جهانی برای انرژی پاسخ دهند.

با وجود کشف هزاران ماده ابررسانا، بیشتر آنها فقط در دما‌های بسیار پایین و نزدیک به صفر مطلق (۰ کلوین، معادل منفی ۲۷۳ درجه سانتی‌گراد) عملکرد دارند که استفاده گسترده از آنها را دشوار می‌کند.

دستاورد نوبل ۱۹۸۷

در سال ۱۹۸۷، «یوهانس بدنورز» و «کارل مولر» دسته جدیدی از مواد ابررسانا را کشف کردند: اکسید‌های مسی. این مواد در دما‌هایی بالاتر از ۳۰ کلوین خاصیت ابررسانایی را نشان دادند، که در آن زمان بی‌سابقه بود.

کشف آنها که جایزه نوبل فیزیک را به همراه داشت، آغازگر عصر جدیدی از تحقیقات ابررسانایی دما بالا شد. تاکنون، اکسید‌های مسی تنها موادی بوده‌اند که در دما‌های بالاتر از ۳۰ کلوین و تحت فشار محیطی بدون نیاز به اعمال فشار خارجی، خاصیت ابررسانایی را حفظ می‌کنند.

گامی فراتر از مس

آریاندو و چاو در مجموعه‌ای از مطالعات، ارتباط مستقیمی بین برهم‌کنش‌های بین‌لایه‌ای در مواد لایه‌ای و دمای گذار ابررسانایی آنها شناسایی کردند.

بر پایه این یافته، آنها یک مدل پدیده‌شناختی توسعه دادند که چندین ابررسانای احتمالی با دمای بالا را پیش‌بینی می‌کرد—موادی مشابه اکسید‌های مسی، اما بدون مس.

یکی از این مواد که تیم تحقیقاتی موفق به سنتز آن شد، ترکیب نیکل‌اکسیدی (Sm-Eu-Ca) NiO₂ بود. آزمایش‌ها نشان دادند که این ماده در دما‌های بالاتر از ۳۰ کلوین مقاومت الکتریکی صفر دارد، که نشانه‌ای قطعی از ابررسانایی است.

چاو اظهار داشت: «همان‌گونه که پیش‌بینی و طراحی کرده بودیم، این اکسید ابررسانای بدون مس در فشار محیطی در سطح دریا، بدون نیاز به اعمال فشار اضافی، خاصیت ابررسانایی دما بالا را نشان می‌دهد—مشابه اکسید‌های مسی. این یافته نشان می‌دهد که ابررسانایی نامتعارف فقط به مس محدود نیست و می‌تواند ویژگی گسترده‌تری در جدول تناوبی عناصر باشد.»

آریاندو نیز افزود: «این مشاهده تأثیرات عمیقی بر درک نظری و تحقق تجربی طیف وسیع‌تری از مواد ابررسانا با کاربرد‌های عملی در الکترونیک مدرن دارد.»

این دستاورد علمی در تاریخ ۲۰ مارس ۲۰۲۵ در مجله معتبر Nature منتشر شده است.

افق‌های تازه در ابررسانایی دما بالا

آریاندو تأکید کرد: «این نخستین باری است که پس از کشف برنده نوبل، یک اکسید ابررسانای بدون مس با قابلیت عملکرد در دمای بالا و فشار محیطی شناسایی شده است.»

علاوه بر این، این ماده جدید در شرایط محیطی بسیار پایدار است که دسترسی به آن را بهبود می‌بخشد. این کشف توجه بسیاری را به خود جلب کرده است، نه‌تنها به دلیل ماهیت این ماده، بلکه به دلیل احتمال کشف دسته جدیدی از ابررسانا‌های دما بالا.

تیم تحقیقاتی در حال بررسی ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد این ماده است و بر پارامتر‌هایی مانند تغییر اشغال الکترونیکی و فشار هیدرواستاتیک تمرکز دارد. هدف از این پژوهش‌ها، درک عمیق‌تر مکانیزم‌های ابررسانایی دما بالا و دستیابی به موادی با دما‌های عملیاتی بالاتر است.

یکی دیگر از مشارکت‌کنندگان در این پژوهش، «ژائویانگ لو»، دانشجوی دکتری NUS، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی خلوص فازی و کریستالی بالای این ماده را اثبات کرده است.

این دستاورد گامی مهم در مسیر توسعه نسل جدید مواد ابررسانا به شمار می‌رود که می‌توانند در الکترونیک مدرن و فناوری‌های کم‌مصرف کاربرد داشته باشند.

انتهای پیام/