ابراتم‌ برای خانواده جدید ابررسانا تولید می شود

گروه علمی «تیتریک»، زمانی که الکترون‌ها از داخل مدار یکپارچه عبور می‌کنند، به طور مداوم به نارسایی‌های میکروسکوپی موجود در درون سیم رسانا برخورد و مقاومت الکتریکی تولید می‌کنند که منجر به آزادشدن انرژی به شکل گرما می‌شود. گرمای اتلافی، مشکلی عمده بر سر راه طراحان و کاربران نهایی ابزار الکترونیکی است و نمی‌توان با استفاده از مواد کنونی از چنین مشکلی اجتناب کرد.

ابررساناها قادرند بدون هیچ گونه مقاومتی، حامل الکتریسیته باشند و برای کارکردهای ویژه از جمله ام‌آر‌آی، قطارهای ماگلو و شتاب‌دهنده ذرات کارآمد باشند.

ابزار الکترونیکی ابررسانا‌محور بسیار کارآمد هستند، زیرا آن‌ها هیچ گرمای تلف شده‌ای تولید نمی‌کنند، اما این واقعیت که این مواد فقط در دماهای نزدیک به صفر مطلق عمل می‌کنند، آن‌ها را غیرقابل‌ عملیاتی می‌کند.

به تازگی تیمی از دانشمندان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی به رهبری «ویتالی کرسین»، خانواده‌ای جدید از ابررساناها را تولید کرده‌اند که در دماهای نسبتا بالا عمل می‌کنند.

محققان دریافتند، در حالی که اتم‌های منفرد آلومینیوم در دماهای بسیار پایین ابررسانا می‌شوند، ابراتم‌های آلومینیومی جدید (خوشه‌ای از اتم‌ها که به عنوانی اتمی منفرد عمل می‌کنند) در دماهای بسیار بالاتر و حدود 100 درجه کلوین ابررسانا می‌شوند.

ابررسانایی زمانی رخ می‌دهد که جفت‌های کوپر (Cooper) در درون ماده‌ شکل می‌گیرند. جفت‌های کوپر، جفت‌های الکترونی هستند که به صورت بسیار ضعیف به سمت یکدیگر جذب می‌شوند و مکانیسمی را فعال می‌کنند که توسط آن، الکترون‌ها زمانی که به نارسایی در درون ماده برخورد می‌کنند، گرما را از دست نمی‌دهند.

چون نیروی جاذبه بین الکترون‌ها (که فقط تحت شرایط خاصی رخ می‌دهد) بسیار ضعیف است، حتی مقادیر کوچکی از انرژی خارجی می‌تواند این تعادل را بر هم بزند و چنین انرژی می‌تواند به شکل گرما تزریق شود؛ به همین دلیل است که ابررساناها فقط در دماهای پایین عمل می‌کنند.

دانشمندان حاضر در این مطالعه، مجموعه‌ای از ابراتم‌های آلومینیومی ارائه داده‌اند که اندازه آن‌ها بین 32 و 95 اتم آلومینیوم است. دانشمندان در ابراتم‌های حاوی 37، 44 و 66 اتم آلومینیوم، شواهدی مبنی بر رخداد جفت‌های کوپر را یافتند که این آلومینیوم را به ابررسانا تبدیل کردند.

محققان بر این باورند که خلق ابراتم‌های فلزات مختلف می‌تواند به ارائه ابررساناهای مشابهی بینجامد که در دماهای نسبتا بالا عمل می‌کنند. این موفقیت دارای کاربردهایی در تحقیقات فیزیک، تصویربرداری پزشکی و ابزار الکترونیکی مصرفی خواهد بود.

جزئیات این تحقیق در مجله Nano Letters قابل‌ مشاهده است.