ابر رسانای دمای اتاق

سرانجام اولین ماده ابر رسانای دمای اتاق پیدا شد. دانشمندان پس از بیش از یک قرن انتظار، از کشف اولین ابررسانای دمای اتاق خبر دادند.

این کشف رویاهایی از فناوری های آینده نگر را تداعی می کند که می تواند صنعت الکترونیک و حمل و نقل را تغییر دهد. ابر رسانا ها، الکتریسیته را بدون مقاومت منتقل می کنند و اجازه می دهند جریان بدون هیچ گونه اتلاف انرژی جریان یابد. اما همه ابررساناها که قبلاً کشف شده اند باید خنک میشدند، بسیاری از آنها دمای بسیار پایین نیاز داشتند، که آنها را برای بیشتر موارد غیر عملی می کند.

در حال حاضر، دانشمندان اولین ابررسانا را پیدا کرده اند که در دمای اتاق کار می کند (حداقل در یک اتاق نسبتاً سرد). فیزیکدان رانگا دیاس از دانشگاه روچستر در نیویورک و همکارانش 14 اکتبر در Nature گزارش دادند که این ماده در دمای حدود 15 درجه سانتیگراد (59 درجه فارنهایت) ابر رسانایی دارد. با این حال، ابررسانای جدید فقط در فشارهای بسیار بالا ظاهر می شوند و مفید بودن عملی آن را محدود می کند.

دیاس و همکارانش با فشردن کربن، هیدروژن و گوگرد بین نوک دو الماس و برخورد مواد با نور لیزر برای ایجاد واکنش های شیمیایی، ابررسانا را ایجاد کردند. در فشار حدود 2.6 میلیون برابر جو زمین و دمای زیر 15 درجه سانتیگراد، مقاومت الکتریکی از بین رفت.

ابررساناها و میدانهای مغناطیسی با هم برخورد می کنند که میدانهای مغناطیسی قوی از ابر رسانایی جلوگیری می کنند. مطمئناً هنگامی که مواد در میدان مغناطیسی قرار می گرفتند، دمای پایین تری برای ابررسانایی نیاز است. این تیم همچنین یک میدان مغناطیسی نوسانی را بر روی مواد اعمال کرد و نشان داد که وقتی این ماده به یک ابررسانا تبدیل شد، آن میدان مغناطیسی را از داخل خود خارج کرد، که نشانه دیگری از ابررسانایی است.

دانشمندان نتوانستند ترکیب دقیق مواد و نحوه چیدمان اتم های آن را تعیین کنند، بنابراین توضیح نحوه عملکرد مواد ابررسانا در چنین دمای نسبتاً بالا دشوار است. دیاس می گوید تحقیقات آینده بر توصیف کامل مطالب متمرکز خواهد شد. هنگامی که ابررسانایی در سال 1911 کشف شد، فقط در دمای نزدیک به صفر مطلق (273.15 درجه سانتیگراد) یافت شد. اما از آن زمان به بعد، محققان به طور پیوسته موادی را کشف کرده اند که در دماهای بالاتر ابررسانایی می کنند. در سال های اخیر ، دانشمندان با تمرکز بر مواد غنی از هیدروژن در فشار بالا، این پیشرفت را تسریع کرده اند.

در سال 2015 ، فیزیکدان میخائیل ارمتس از موسسه شیمی ماکس پلانک در ماینتس آلمان و همکارانش، هیدروژن و گوگرد را برای ایجاد ابررسانا در دمای 70- درجه سانتی گراد فشرده کردند (SN: 15/12/15). چند سال بعد، یک ترکیب فشار قوی از لانتانیم و هیدروژن را مورد مطالعه قرار دادند. دو تیم شواهدی از ابررسانایی در دماهای بالاتر حتی 23- درجه سانتیگراد و 13- درجه سانتی گراد به ترتیب و در برخی نمونه ها احتمالاً تا 7 درجه سانتیگراد (SN: 9/10/18) پیدا کردند.

اگر بتوان از مواد ابر رسانا در دمای اتاق در فشار اتمسفر استفاده کرد، می توان مقادیر زیادی انرژی از دست رفته در برابر مقاومت در شبکه الکتریکی را ذخیره و فن آوری های فعلی را بهبود بخشد، از ماشین های MRI گرفته تا کامپیوترهای کوانتومی گرفته تا قطارهای مغناطیسی.

اما تا کنون دانشمندان فقط تکه های کوچکی از این ماده را در فشار بالا ایجاد کرده اند، بنابراین کاربردهای عملی هنوز فاصله زیادی دارند. در عوض، فیزیکدانان اکنون یک هدف جدید دارند: ایجاد یک ابررسانای در دمای اتاق که بدون فشار کار کند. این گام بزرگ بعدی است که باید انجام داده شود.

منابع:

E. Snider et al. Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride. Nature. Published online October 14, 2020. doi: 10.1038/s41586-020-2801-z.