آلومینیوم “superatoms” نوع جدیدی از مواد ابررسانا

دانشمندان در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC) موفق به کشف یک خانواده جدید از مواد ابررسانا که در دماهای نسبتا بالا هم عمل می کند شدند، این نوع ماده ممکن است در تحقیقات فیزیک، تصویربرداری پزشکی و اجزای الکترونیکی کارایی بالایی داشته باشد.

آنها به طور منظم به بررسی عیوب میکروسکوپی در سیم های رسانا و تغییر جهت دادن الکترون ها که باعث ایجاد مقاومت الکتریکی و آزاد کردن انرژی بیهوده به عنوان گرما می شود پرداختند. حرارت بیهوده هم برای طراحان و هم برای کاربران گجت های الکترونیکی مشکل بزرگی است، اما آن را با استفاده از موادی در حال حاضر در اختیار ماست نمی توان به سادگی حل کرد.

ابررساناها می تواند بدون مقاومت برق را برای کاربردهای تخصصی مانند MRI ها، قطار های Maglev و شتاب دهنده های ذرات برسانند. الکترونیک مبتنی بر ابر رسانا می تواند بسیار کارآمد باشد زیرا آنها هیچ حرارتی تولید نمی کنند، اما واقعیت این است که آنها تنها در دمای نزدیک به صفر مطلق این کار را می کنند که غیر عملی است. سی سال پیش، یک کلاس جدید از مواد به اصطلاح “ابررساناهای دمای بالا” کشف شدند، اگر چه این نام می تواند فریب دهنده باشد چرا که این مواد هنوز هم نیاز به دمای زیر ۱۳۵ کلوین (۱۳۵- سانتی گراد) نیاز دارند و هنوز هم آنها را برای استفاده در الکترونیک غیر عملی می باشند.

در حال حاضر تیم USC ​​به رهبری استاد ویتالی کریسین، یکی دیگر از ابررسانا هایی که در دماهای نسبتا بالا کار می کنند را کشف کرده اند. به طور خاص، آنها متوجه شدند در حالی که اتم های یک واحد از آلومینیوم تنها به نوبه خود ابر رسانایی در دماهای بسیار پایین (حدود ۱ کلوین) هستند، توسط روشی که به اصطلاح “superatoms” نامیده می شود در دمای بسیار بالاتر هم آلومینیوم می تواند به عنوان ابررسانا عمل می کند و به نوبه خود این دما برای آن تا حدود ۱۰۰ کلوین می باشد.

مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم می‌شود. در رساناهای معمولی مثل مس و نقره، وجود ناخالصی و مشکلات دیگر این روند را کند می‌کند. به طوری که حتی در صفر مطلق هم نمونه‌های معمول مس همچنان مقاومت الکتریکی کمی دارند. در مقابل ابررساناها موادی هستند که اگر دمایشان از یک دمای بحرانی کمتر شود، ناگهان مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌دهند.

ابررسانایی زمانی اتفاق می افتد که به اصطلاح جفت کوپر ها در مواد تشکیل شوند. این جفت الکترون که بسیار ضعیف به یکدیگر جذب شدند و فعال هستند و به موجب آن الکترون ها تغییر جهت نمی دهند ابر رسانایی را ممکن می کنند که البته، هر زمان که آنها یک نقص در مواد داشته باشند باعث از دست دادن گرما، می شود. از آنجا که نیروی جاذبه بین الکترونها، فقط تحت شرایط خاصی اتفاق می افتد و ضعیف است (دو الکترون به طور معمول یک دیگر را دفع می کنند)، حتی مقدار کمی از انرژی خارجی می تواند این تعادل را از بین ببرد. به همین دلیل است ابررساناها تنها در دمای بسیار پایین کار می کنند.

کریسین و تیمش یک سری از superatoms آلومینیوم ساخته اند که بین ۳۲ و ۹۵ اتم بزرگ دارند. برای superatoms حاوی ۳۷، ۴۴، ۶۶ و ۶۸ اتم آلومینیوم، دانشمندان شواهدی پیدا کردند که قرار داشتن جفت کوپر ها، این مواد را تبدیل به یک ابررسانا کرده است.

تحقیقات نشان می دهد که ایجاد superatoms در فلزات مختلف می تواند منجر به کشف ابررساناهای مشابه که در دماهای نسبتا بالا کار کنند شود. در حالی که دما در آستانه ۱۰۰ کلوین ( ۱۷۳- سانتی گراد) برای superatom آلومینیوم بود، مواد مختلف به احتمال زیاد به نوبه خود ابر رسانایی در دما های مختلف ارائه می دهند (امیدوارم بسیار بالاتر).

کریسیم می گوید: “صد کلوین ممکن است موانع را در درجه حرارت بالا برطرف نکند، اما این فقط ممکن است یک شروع باشد.”

اگر یکی از این مواد به عنوان یک ابر رسانا در دمای اتاق عمل کند، آن ماده به احتمال زیاد تاثیر بسیار زیادی بر جهان الکترونیک، تصویربرداری پزشکی، میکروسکوپ و موتورهای الکتریکی، خواهد گذاشت.