[ad_1]

ORLANDO ، 23 نوامبر 2020 – جستجوی ابررسانایی که بتواند در شرایط بسیار شدید صدها درجه زیر صفر یا تحت فشارهایی مانند نزدیکی به مرکز زمین کار کند ، جستجوی یک نیروی انقلابی جدید است – نیرویی که مورد نیاز برای اتومبیل های دارای نیروی مغناطیسی و شبکه های الکتریکی فوق العاده کارآمد در آینده.

اما توسعه این نوع ابررسانای “دمای اتاق” شاهکاری است که دانش هنوز موفق به انجام آن نشده است.

با این حال ، یک محقق در دانشگاه فلوریدا مرکزی در تلاش است تا این هدف را به تحقق برساند ، با برخی از آخرین تحقیقات خود که اخیراً در مجله منتشر شده است فیزیک ارتباطات – طبیعت.

در این مطالعه ، یاسویوکی ناکاجیما ، استادیار گروه فیزیک UCF و نویسندگان دیگر نشان دادند که می توانند از نزدیک به آنچه در فلزات “عجیب” رخ می دهد ، نگاهی بیندازند.

این فلزات “عجیب” مواد خاصی هستند که در مقاومت الکتریکی رفتار دمایی غیر معمول نشان می دهند. رفتار فلزی “عجیب” در بسیاری از ابررساناها در دمای بالا هنگامی که در حالت ابررسانا نیستند دیده می شود ، که این امر آنها را برای دانشمندان مفید در مورد چگونگی تبدیل فلزات خاص به ابررساناهای دمای بالا مفید می کند.

این کار از این جهت مهم است که درک رفتار کوانتومی الکترونها در فاز فلزی “عجیب” می تواند به محققان امکان درک مکانیسم ابررسانایی در دماهای بالاتر را بدهد.

ناکاجیما گفت: “اگر ما تئوری توصیف این رفتارها را بدانیم ، ممکن است بتوانیم ابررساناهای با درجه حرارت بالا را طراحی کنیم.”

ابررساناها نام خود را می گیرند زیرا رساناهای نهایی برق هستند. برخلاف سیم ، آنها مقاومت صفر دارند ، که مانند “اصطکاک” الکترونیکی ، جریان برق را از طریق سیم مانند سیم مسی یا طلا از دست می دهد.

این ابررساناها را به یک ماده ر dreamیایی برای تأمین انرژی شهرها تبدیل می کند ، زیرا انرژی صرفه جویی شده با استفاده از سیم بی سیم بسیار زیاد است.

ابررساناهای قدرتمند همچنین می توانند آهنرباهای سنگین را جابجا کنند و راه را برای اتومبیل های قدرتمند و ارزان قیمت با قدرت مغناطیسی ، قطارها و موارد دیگر هموار کنند.

برای تبدیل هادی به ابررسانا ، مواد فلزی باید تا دمای بسیار پایین خنک شوند تا مقاومت الکتریکی از بین برود ، این روند تیز است که فیزیک هنوز نظریه جامعی برای توضیح آن ایجاد نکرده است.

این دمای بحرانی سوئیچینگ معمولاً از -220 تا -480 درجه فارنهایت است و معمولاً شامل یک سیستم خنک کننده گران قیمت و سنگین است که از نیتروژن مایع یا هلیوم استفاده می کند.

برخی از محققان به ابررساناهایی رسیده اند كه در حدود 59 درجه فارنهایت عمل می كنند ، اما بیش از 2 میلیون برابر سطح زمین نیز تحت فشار قرار گرفته اند.

در این مطالعه ، ناکاجیما و محققان توانستند رفتار الکترون ها را در حالت “عجیب” فلزی ماده غیر رسانا ، آلیاژ آهن pnicitide ، نزدیک یک نقطه بحرانی کوانتومی اندازه گیری و مشخص کنند. نوساناتی که توصیف نظری آنها برای دانشمندان چالش برانگیز است.

محققان توانستند رفتار الکترونیکی را با استفاده از یک مخلوط فلزی منحصر به فرد اندازه گیری و توصیف کنند که در آن نیکل و کبالت در فرآیندی به نام دوپینگ با آهن جایگزین می شوند و بدین ترتیب آلیاژ pnicitid آهن ایجاد می شود که تا 459.63 درجه ابررسانا نیست. فارنهایت خیلی کمتر از نقطه ای که سیم معمولاً به ابررسانا تبدیل می شود.

ناكاجیما می گوید: “ما از یك آلیاژ ، یك ترکیب نسبی از ابررسانای مبتنی بر آهن با درجه حرارت بالا استفاده کردیم ، كه در آن نسبت مواد ، آهن ، كبالت و نیكل در این حالت تنظیم شده است ، به طوری كه هیچ ابررسانایی حتی نزدیك به صفر مطلق وجود ندارد.” “این به ما امکان می دهد تا به نقطه بحرانی که در آن نوسانات کوانتوم رفتار الکترون ها را کنترل می کند دسترسی پیدا کنیم و نحوه رفتار آنها را در ترکیب بررسی کنیم.”

آنها دریافتند که رفتار الکترونها با هیچ پیش بینی نظری شناخته شده ای توصیف نشده است ، اما سرعت پراکندگی الکترونها در انتقال مواد از طریق ماده ممکن است مربوط به چیزی باشد که به عنوان پراکندگی پلانک ، حد سرعت کوانتومی شناخته می شود. در مورد سرعت انتقال انرژی توسط ماده.

ناكاجیما گفت: “رفتار بحرانی كوانتومی كه مشاهده می كنیم كاملاً غیر معمول است و كاملاً متفاوت از تئوری ها و آزمایش های انجام شده برای مواد بحرانی كوانتومی شناخته شده است.” “گام بعدی نقشه برداری از نمودار فاز دوپینگ در این سیستم آلیاژ پیکستید آهن است.”

وی می گوید: “هدف نهایی طراحی ابررساناها با درجه حرارت بالاتر است.” “اگر بتوانیم چنین کاری انجام دهیم ، می توانیم آنها را با هزینه کم برای تصویربرداری با تشدید مغناطیسی ، بالابر مغناطیسی ، شبکه های الکتریکی و موارد دیگر استفاده کنیم.”

ناکاجیما گفت ، باز کردن راه های پیش بینی رفتار مقاومت فلزات “عجیب” نه تنها پیشرفت ابررسانا را بهبود می بخشد ، بلکه نظریه های پشت پدیده های دیگر را نیز در سطح کوانتومی به اطلاع می رساند.

وی می گوید: “تحولات نظری اخیر نشان دهنده پیوندهای شگفت آور بین سیاهچاله ها ، گرانش و نظریه اطلاعات كوانتومی از طریق پراكندگی پلانكی است.” “بنابراین ، مطالعه رفتار فلزی” عجیب “نیز در این زمینه به یک موضوع داغ تبدیل شده است.”

###

این مطالعه توسط Tristin Metz ، Christopher Eckberg ، Kevin Kirschenbaum ، Alex Hughes ، Renksiong Wang ، Limin Wang ، Shanta R. Saha ، Daniel Campbell و Yun Suk Eo با مرکز مواد کوانتومی در مریلند در دانشگاه مریلند همکاری داشته است. I-Lin Liu با مرکز مواد کوانتومی در مریلند و گروه فیزیک شیمی در دانشگاه مریلند و موسسه استاندارد ملی و مرکز تحقیقات تحقیقات نوترون ؛ Nicholas P. Butch با مرکز مواد کوانتومی در مریلند در دانشگاه مریلند و انستیتوی ملی استاندارد و مرکز تحقیقات نوترون ؛ دیوید گراف از آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالا در دانشگاه فلوریدا. Zhonghao Liu با م Instituteسسه تحقیقات جامد و مواد لایب نیتس در درسدن ، آلمان و انستیتوی ریزسیستم ها و فناوری اطلاعات شانگهای در آکادمی علوم چین در چین. سرگئی بوریسنکو از انستیتوی تحقیقات جامد و مواد لایب نیتس در درسدن ؛ Peter J. Zavaliy از گروه شیمی در دانشگاه مریلند. و جانپیر پاگلیون با مرکز مواد کوانتومی در مریلند در دانشگاه مریلند و انستیتوی مطالعات پیشرفته کانادا در تورنتو ، کانادا.

بودجه این مطالعه توسط بخش تحقیقات مواد بنیاد ملی علوم ، ابتکاری از بنیاد EPIQS گوردون و بتی مور تأمین شد. بخشی از کار در آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالا انجام شده است ، که توسط یک توافق نامه همکاری NSF با ایالت فلوریدا پشتیبانی می شود. اندازه گیری فشار توسط موسسه ملی استاندارد و فناوری پشتیبانی شد.

ناکاجیما دانشجوی دکترای فیزیک از دانشگاه توکیو در ژاپن است و به عنوان دانشجوی دکترا در مرکز نانو فیزیک و مواد پیشرفته در دانشگاه مریلند کار کرده است. در سال 2016 ، وی به گروه فیزیک UCF ، بخشی از دانشکده علوم UCF پیوست.

مخاطب:
رابرت اچ ولز ،
خدمات تحقیقاتی ،
robert.wells@ucf.edu

[ad_2]

منبع: kolah-news.ir