One Mystery of High-Tc Superconductivity Resolved

 

يكي از معماهاي ابررسانايي گرم حل شد

Tonica Vall 

Tonica Vall

پژوهشي كه توسط تونيكا والا  يك فيزيكدان وزارت انرژي امريكا در آزمايشگاه ملي بروكهاوون، در مجله‌ي ساينس منتشر شد، ظاهراً معماي 20 ساله ابررساناهاي گرم- موادي كه مقاومت در برابر جريان الكتريكي را در دماهاي نسبتاً بالا از دست مي‌دهند- را حل مي‌كند.
 اين پژوهش نشان مي‌دهد كه يك «شبه گاف» در تراز انرژي طيف الكتروني ماده حاصل زوج شدن الكترون‌ها در بالاي به اصطلاح دماي گذار حالت ابررساناست اما نمي‌تواندباعث ابررساني شود زيرا زوج به صورت ناهمدوس حركت مي‌كنند.
 در ابررساناهاي معمولي كه در دماهاي بسيار پايين‌تر (نزديك به صفر مطلق) كار مي‌كنند، ابررسانايي به محض تشكيل زوج الكترون حاصل مي‌شود اما درمورد مواد ابررساناي دما-بالا، الكترون‌ها، گرچه زوج شده‌اند اما به گفته‌ي والا «يك‌ديگر را نمي‌بينند»، در نتيجه نمي‌توانند همدوسي فاز به وجود آورند كه در آن زوج‌ها به صورت «جمعي» منشأ اين شبه گاف، همراه با ساز و كار تشكيل زوج‌هاي لازم براي ابررسانايي، يكي از بزرگ‌ترين معماهايي بوده است كه دانشمندان كوشيده‌اند، از زمان كشف اين پديده در 20 سال قبل، حل كنند. به واسطه‌ي دماهاي كار بالاتر (تا K134 در فشار جو و تا K164 در فشار زياد)، توان بالقوه‌ي ابررساناهاي دما-بالا براي كاربردهاي دنياي واقعي مانند خطوط انتقال نيروي بدون اتلاف، بسيار بالاتر از ابررساناهاي معمولي است.
 ماده‌اي كه گروه والا بررسي كرده‌اند، شكل خاصي از تركيب لانتانم، باريم، مس و اكسيژن كه در آن در ازاي هر اتم باريم دقيقاً هشت اتم مس وجود دارد. در واقع يك ابررسانا نيست. با باريم كم‌تر يا بيش‌تر، ماده به صورت يك ابررساناي دما-بالا عمل مي‌كند (در واقع، اين درست اولين ابررساناي
دما-بالايي بود كه كشف شد اما در نسبت 8 : 1، ماده بلافاصله خاصيت ابررسانايي را از دست مي‌دهد اما با وجود اين كه ماده در اين نسبت، ابررسانا نيست اما داراي امضاي انرژي (energy signature)كاملاً شبيه آن است؛ از جمله گاف انرژي در طيف الكتروني (شبه گاف) كه مانند ديگر ابررساناهاي دما-بالا در حالت‌هاي ابررسانايي است. گروه والا يافته‌هاي خود را دليل اين مي‌دانند كه زوج‌هاي الكترون ابتدا (به صورت «زوج‌هاي پيش‌ تشكيل») به‌وجود مي‌آيند و همدرسي فاز بعداً، در دمايي كم‌تر (در دماي گزار يا Tc) رخ مي‌دهد كه در آن افت و خيزهاي گرمايي فاز به اندازه‌ي كافي فرو نشانده مي‌شود تا باعث ابررسانايي گردد.
 به گفته‌ي والا، پژوهش ما نشان مي‌دهد كه شبه گاف راهمان بر هم كنش‌هايي به وجود مي‌آورند كه مسئول ابررسانايي هستند- برهم كنش‌هايي كه دو الكترون را به صورت زوج در مي‌آورند.
 به نظر او «با اين همه، اين زوج شدن در ابررساناهاي دما-بالا فقط گام اول است. گذار به ابررسانايي احتمالاً -و در نهايت تعجب- از اين رو به تعويق مي‌افتد كه اين تزويج ممكن است بسيار قوي باشد. به صورت استعاري، يك تزويج قوي زوج‌هاي «كوچك» با افت و خيزهاي فاز شديد توليد مي‌كند. فقط با خنك كردن ماده تا دماهاي پايين‌تر افت و خيزهاي فاز سركوب مي‌شود. در اين نقطه، فاز قفل مي‌شود تا زوج‌هاي الكترون بتوانند به صورت همدوس عمل كنند و دستگاه به صورت ابررسانا درآيد.

ترجمه : منیژه رهبر

مرجع