وبلاگ

دانشمندان ابتدا ابررسانایی را در دمای اتاق کشف کردند


ابررسانای دمای اتاق ماده ای است که قادر به انتقال برق با مقاومت صفر و بدون نیاز به خنک کننده ویژه است. این فناوری معجزه آسا می تواند شبکه های روزمره و الکتریکی را متحول کند. تا امروز ابررساناها باید در شرایط سرد و دمای زیر صفر ذخیره می شدند ، این مشکل استفاده از ابررساناها را در فناوری های جدید محدود می کند.

برای دهه ها دانشمندان دستیابی به ابررسانایی در دمای اتاق را غیرممکن می دانستند ، اما طی پنج سال گذشته ، چندین گروه تحقیقاتی در سراسر جهان برای آزمایش ابررسانایی در دمای اتاق در آزمایشگاه های خود با یکدیگر رقابت کرده اند تا اینکه سرانجام یک نفر برنده شود.

در مقاله ای در مجله Nature ، محققان از دستیابی ابررسانایی در دمای اتاق در مخلوط حاوی هیدروژن ، گوگرد و کربن در دمای بالاتر خبر دادند. بالاترین درجه حرارت ثبت شده برای ابررسانایی منفی 15.13 درجه سانتیگراد بود که توسط تیمی از دانشگاه واشنگتن و موسسه کورنینگ در سال 2018 به دست آمد. گروه دیگر به دمای منفی 23 درجه سانتیگراد در موسسه شیمی ماکس پلانک در ماینتس ، آلمان؛ مانند رکوردهای قبلی ، رکوردهای جدید نیز در شرایط فشار بالا که دو و نیم میلیون برابر فشار هوا برای تنفس است ، ثبت شد. به گفته خوزه فلورس لیواس ، فیزیکدان محاسبات در دانشگاه ساپینزا در رم:

این یک موفقیت بزرگ است ، ما در چند سال گذشته از منفی 73 درجه سانتیگراد برای ابررسانایی به منفی 23 درجه سانتیگراد رسیدیم و اکنون به 16 درجه سانتیگراد رسیده ایم. من مطمئن هستم که به دمای 26 درجه سانتیگراد خواهیم رسید.

جریان های الکتریکی که بارهای الکتریکی را حمل می کنند ، اغلب از الکترون تشکیل شده است. هادی ها ، مانند هادی های مس ، تعداد زیادی الکترون جفت ضعیف دارند. الکترون ها با استفاده از یک میدان الکتریکی نسبتاً آزاد جریان می یابند ، اما حتی رساناهای خوبی مانند مس نیز پایدار هستند زیرا هنگام حمل الکتریسیته گرم می شوند.

ابررسانایی به معنای جریان بدون مقاومت الکترون است. در نگاه اول ، این ویژگی غیرممکن به نظر می رسد و گویی کسی می تواند در یک مرکز شلوغ شهر خیلی سریع رانندگی کند و هرگز به چراغ راهنما برخورد نکند. اما در سال 1911 ، هیك كامرلینگ اونس ، فیزیكدان هلندی نتیجه گرفت كه اگر جیوه در دمای چند درجه بالای صفر مطلق (منفی 273 درجه سانتیگراد) سرد شود ، به یك ابررسانا تبدیل می شود. او به زودی این پدیده را در فلزاتی مانند قلع و سرب مشاهده کرد.

برای دهه ها پس از آزمایش اونس ، ابررسانایی فقط در دماهای بسیار پایین امکان پذیر بود. در اواخر سال 1986 و اوایل 1987 ، تیمی از محققان آزمایشگاه های IBM در زوریخ دریافتند که برخی از اکسیدهای موجود در سرامیک ها می توانند در دمای منفی 181 درجه سانتیگراد به ابررساناها تبدیل شوند. این دما از نقطه جوش نیتروژن مایع (منهای 196.5 درجه سانتیگراد) بالاتر است. این مطالعه انقلابی در روند هدایت ابررسانایی ایجاد کرد و کاربرد آن را در MRI بیمارستان افزایش داد ، زیرا کنترل نیتروژن مایع آسان و ارزان است (هلیوم مایع سردتر اما گرانتر است). جهش عظیم در دهه 1980 این تصور را ایجاد کرد که ابررسانایی در دمای اتاق نیز ممکن است. اما این رویا هنوز محقق نشده بود.

تحت فشار

ابررساناها هنگامی که الکترونهای درون آنها با تلفنها تعامل دارند کار می کنند. فونون ها نوساناتی در شبکه اتمی ماده هستند. به گفته نظریه پردازان ، الکترون های همگام با تلفن ها می توانند بدون مقاومت حرکت کنند. در دمای پایین ، این جفت ها می توانند در طیف گسترده ای از مواد تشکیل شوند. نیل اشكرافت از دانشگاه كورنل در سال 1968 ثابت كرد كه هیدروژن به ابررسانایی با فشار بالا تبدیل می شود. در فشار زیاد ، اتم ها با هم جمع می شوند و تحت شرایط خاص جفت الکترون فونون تشکیل می شود.

برای دهه ها ، دانشمندان تلاش کرده اند شرایط تولید ابررساناها را متشکل از هیدروژن و عناصر دیگری که می توانند در دماهای بالاتر و فشارهای پایین کار کنند ، درک کنند. اکنون ، در یک مطالعه جدید ، محققان دانشگاه روچستر ابتدا با ترکیب کربن و گوگرد به نسبت یک به یک ، گلوله های کوچک ساخته و سپس با تزریق گاز هیدروژن بین دو الماس ، گلوله ها را فشرده کردند. برای از بین بردن پیوند بین اتمهای گوگرد و تغییر رفتار الکترونهای آزمایش ، نور لیزر نیز به مدت چند ساعت روی این ترکیب روشن شد. کریستال حاصل در فشار کم پایدار نیست ، اما ابررسانا است.

دانشمندان هنوز جزئیات دقیق عملکرد ترکیب فوق را بدست نیاورده اند. اما آنها در حال توسعه ابزارهای جدید محاسبه ترکیب هستند و خوش بین هستند که می توانند ترکیب را تغییر دهند تا ابررسانایی را در فشارهای پایین حفظ کند. با فشار 100 Gpa (گیگاپاسکال) می توان سنسورهای بسیار کوچکی را با دقت بسیار بالایی تولید کرد. از حسگرهای مغناطیسی دقیق می توان برای مطالعه مین ها و تشخیص سوزش سلول های عصبی در مغز انسان و همچنین ساخت حافظه های رایانه ای استفاده کرد.

مقالات مرتبط:

اگر بتوان ابررسانایی علاوه بر دمای اتاق در فشار محیط را بدست آورد ، تغییرات عظیمی در فناوری رخ خواهد داد. به گفته رالف شیچر ، مدل سازی رایانه ای در دانشگاه اوپسالا در سوئد ، عجیب نیست اگر همه این اتفاقات در طی یک دهه آینده رخ دهد.

تقریباً 5٪ از برق تولید شده توسط ایالات متحده در هنگام توزیع و انتقال از بین می رود. از بین بردن این زباله ها می تواند میلیاردها دلار صرفه جویی کند و بر آب و هوا تأثیر مثبت بگذارد. اما ابررساناهای دمای اتاق نه تنها سیستم را تغییر می دهند ، بلکه راه را برای یک سیستم کاملاً جدید هموار می کنند. علاوه بر این ، مبدل ها و ژنراتورها کوچکتر ، ارزان تر و کارآمدتر خواهند بود. ذخیره انرژی ابررسانا در حال حاضر برای از بین بردن نوسانات کوتاه مدت شبکه های الکتریکی استفاده می شود ، اما این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی است ، زیرا خنک سازی ابررسانا به انرژی زیادی نیاز دارد.

اما ابررساناهای دمای اتاق ، به ویژه اگر در برابر میدان های مغناطیسی قوی مقاوم باشند ، راهی بهینه برای ذخیره مقدار زیادی انرژی در طولانی مدت و بهبود منابع انرژی تجدیدپذیر مانند توربین های بادی یا سلول های خورشیدی فراهم می کنند.


منبع: digikala affiliate

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن