شرح خبر

تیمی بین‌المللی از فیزیک‌دانان به رهبری ماتئو کالاندرا (Matteo Calandra) از موسسه‌ی IMPMC پاریس٬ محاسباتی انجام داده و به این نتیجه رسیده‌اند که ابررسانایی سنتی در دماهای بالاتر از آن‌چه پیش‌تر انتظار می‌رفت نیز می‌تواند رخ دهد. این پژوهش‌گران یک مدل نظری برای ثبت رکورد ابررسانایی دمای بالا که سال گذشته در مورد سولفید هیدروژن گزارش شد را توسعه داده‌اند. این ابررسانایی ناشی از اندرکنش‌های نسبتاً ساده‌ای است که در ابررساناهای دمای پایین سنتی نیز مشاهده می‌شود. این ماده٬ متفاوت از دیگر مواد دمای بالایی است که در آن‌ها ابررسانایی بواسطه‌ی فرآیندهای پیچیده و کمتر شناخته‌شده ایجاد می‌شود.

ابررساناهای دمایِ پایین معمولاً به خوبی با نظریه‌ی BCS ابررسانایی قابل توصیف‌اند که به موجب آن اندرکنش با ارتعاشات شبکه‌ای (فونون‌ها) باعث می‌شود الکترون‌ها جفت‌هایی بنام «جفت‌های کوپر» را تشکیل دهند که قادر است در طول ماده بدون درگیری با هرگونه مقاومت مسیر خود را طی کنند. چنان موادی در دماهای بالاتر از یک دمای گذار (TC) مانع ابررسانایی می‌شوند. این دما به صفر مطلق نسبتاً نزدیک است- بالاترین دمایی که تا به امروز به آن دست یافته شده تنها ۳۹ کلوین است. در مقابل٬ ابررساناهای دمای بالا٬ دماهای گذاری بالای ۱۳۳ کلوین دارند.

هرچند پژوهش‌های بسیاری که بر روی ابررساناهای دمای بالا از زمان کشف چنان موادی در سال ۱۹۸۶ انجام گرفته اما عمده‌ی فیزیکِ زیربنایی ابررسانایی آن‌ها هنوز ناشناخته باقی مانده است. این راز وقتی عمیق‌تر شد که سال پیش میکائیل ارمتس (Mikhail Eremets ) و همکارانش از موسسه‌ی ماکس پلانک در شهر ماینز آلمان دریافتند که وقتی سولفید هیدروژن در معرض فشار بسیار بالا (۲۰۰ گیگاپاسکال) قرار می‌گیرد دمای گذار آن به ۱۹۰ کلوین می‌رسد. هرچند می‌توان دمای گذار ابررساناهای دمای بالا را با اعمال فشار افزایش داد (رکورد امروز ۱۶۴ کلوین است) بنظر می‌رسد با تایید اندازه‌گیری‌های انجام یافته٬ سولفید هیدروژن رکوردشکن جدیدی بر این موضوع باشد.

یک ابررسانای سنتی با دمای بالا

چیز عجیبی که در مورد سولفید هیدروژن وجود دارد اینکه (برخلاف دیگر ابررساناهای دمای بالا) این ماده در یک حالت مغناطیسی نیز وجود ندارد و بنابراین بسیار شبیه یک ابررسانای سنتی عمل می‌کند. این مشاهدات باعث شده تا کالاندرا و همکارانش در کانادا٬ چین٬ فرانسه٬ اسپانیا و انگلستان از نظریه‌ی ‌BCS به عنوان نقطه‌ی شروعی بر محاسباتشان استفاده کنند.

اساس درک ابررسانایی در سولفید هیدروژن اندرکنش مابین الکترون‌ها و اتم‌های مرتعش هیدروژن است. هیدروژن جرم بسیار کمی دارد. بنابراین تمایل دارد در فرکانس‌های نسبتاً بالا ارتعاش کند. این مُدهای فرکانس بالا به شدت با الکترون‌ها اندرکنش کرده و ابرسانایی با TC بسیار بالا نتیجه می‌شود. وقتی کالاندرا و همکارانش از نظریه‌ی BCS برای محاسبه‌ی سولفید هیدروژن فشاربالا استفاده کرده‌اند٬ مقداری در حدود ۲۵۰ کلوین (بسیار بالاتر از ۱۹۰ کلوین مشاهده شده) را بدست آورده‌اند.

این تیم معتقد است که TC واقعی تاحدودی پایین‌تر است چون در اساس نظریه‌ی BCS فرض بر این است که اتم‌های ماده همچون نوسانگرهای هماهنگ ساده ارتعاش می‌کنند. اتم‌های سبک همچون هیدروژن اما تحت نوسانات غیرهماهنگ و بسیار پیچیده قرار می‌گیرند و این موضوع باعث می‌شود اندرکنش‌هایی که جفت‌های کوپری را ایجاد می‌کنند به شکل قابل توجهی کاهش یابد. کالاندرا و همکارانش پس از آن‌که این اثرات غیرهماهنگ را در محاسباتشان وارد کرده‌اند٬ مقدار بسیار واقعی‌تری را برای TC در حدود ۱۹۸ کلوین محاسبه کرده‌اند. این مقدار با اندازه‌گیری‌های ارمتس در توافق نزدیکی قرار دارد.

سطح فرمی الکترون‌ها در سولفید هیدروژنی که تحت فشار ۲۰۰ گیگاپاسکال قرار گرفته است.

بالابردن فشار   

محاسبات نشان می‌دهد که فعل و انفعالاتی که بین اثرات غیرهماهنگ و دیگر ویژگی‌های این ماده وجود دارد سبب خواهد شد تا TC در محدوده‌ی ۲۰۰ تا ۲۵۰ گیگاپاسکال ثابت بماند. هرچند مشاهده‌ی این اثر در آزمایشگاه آزمون خوبی از محاسبات انجام‌گرفته خواهد بود٬ به بیان کالاندرا او از هرگونه اندازه‌گیری بالاتر از ۲۰۰ گیگاپاسکال بی‌اطلاع است. در حقیقت وی خاطرنشان می‌کند که انجام آزمایش ۲۰۰ گیگاپاسکالی بسیار دشوار بوده و شاید ارمتس و همکارانش تنها پژوهش‌گرانی باشند که قادر به مطالعه‌ی سولفید هیدروژن در چنان فشارهای بالایی هستند.

به گفته‌ی کالاندرا: «کشف ارمتس و کارهای نظری که ما انجام داده‌ایم٬ راه را برای دست‌یابی به دماهای TC بالاتر در هیدریدها و به شکل عام در مواد بر پایه‌ی هیدروژن هموار می‌کند.» وی می‌افزاید: «بایستی امکان این وجود داشته باشد تا در این‌گونه مواد ابررساناهایی را بیابیم که TC آن‌ها در مرتبه‌ی یکسانی از دمای گذار سولفید هیدروژن (یا شاید بالاتر از آن) در فشارهای بالا قرار دارند».

الیزابت نیکول (Elisabeth Nicol) از دانشگاه گوئلف در کانادا مشتاقانه به این نتایج می‌نگرد. به گفته‌ی او: «آن‌چه شگفت‌آور است این‌ است که نتایجِ این پژوهش به ما می‌گوید به واقع می‌توان یک ابررسانای الکترون-فونونی داشته باشیم که در ۱۹۰ کلوین عمل می‌کند». نیکول که در این محاسبات دخیل نبوده می‌افزاید: «هرچند به لحاظ تکنیکی خودِ نظریه‌ی ابررسانایی محدوده‌ای برای دمای گذار TC قائل نشده است اما اتفاق نظر بر این بوده که ابررساناهای الکترون-فونونی TC پایین داشته باشند. به وضوح ما یاد می‌گیریم که احتمالاتی خارج از ابررساناهای سنتی نیز وجود دارد».

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.                  

درباره‌ی نویسنده:

هامیش جانستون (Hamish Johnston) ویراستار physicsworld.com  است.

منبع:

Secret of record-breaking superconductor explained



نویسنده خبر: بهنام زینال‌وند فرزین
کد خبر :‌ 1732
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌



حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Webmaster : Ali Meschian : www.irandg.com
Server: Iran (45.82.138.40)

www.irandg.com