آیا می‌توان بهترین ابررساناها را تولید کنیم که حتی در بالاترین دما و فشار محیط، ابررسانا باقی بمانند؟ دانشگاه فناوری وین با همکاری ژاپن نشان دادند که منطقه طلایی ابررسانایی وجود دارد و در آن مواد مبتنی بر پالادیوم (پالادات‌ها) می‌توانند راه‌حل باشند.

عصر جدیدی از ابررساناها ممکن است در شرف آغاز باشد: در دهه 1980، بسیاری از مواد ابررسانا (به نام کپرات ها) بر پایه مس بودند، سپس نیکلات ها کشف شدند - نوع جدیدی از مواد ابررسانا بر پایه نیکل.

این یکی از هیجان انگیزترین مسابقات در فیزیک مدرن است و در سال‌های اخیر، عصر جدیدی از ابررسانایی با کشف نیکل‌ها آغاز شده است.

این ابررساناها بر پایه نیکل هستند، به همین دلیل است که بسیاری از دانشمندان از عصر نیکل تحقیقات ابررسانایی صحبت می کنند، از بسیاری جهات، نیکل ها شبیه به کپرات ها هستند که بر پایه مس ساخته شده اند و در دهه 1980 کشف شدند.

اکنون کلاس جدیدی از مواد وارد بازی می شود در همکاری بین دانشگاه های TU Wien و دانشگاه های ژاپن، این امکان وجود داشت که رفتار مواد مختلف را با دقت بیشتری نسبت به قبل در رایانه شبیه سازی کرد.

یک منطقه طلایی وجود دارد که در آن ابررسانایی به خوبی کار می کند و این منطقه نه با نیکل و نه با مس، بلکه با پالادیوم به دست می آید. این امر می تواند آغازگر عصر پالادات جدیدی در تحقیقات ابررسانایی باشد.

دمای انتقال بالاتر

در دماهای گرم، ابررساناها بسیار شبیه به سایر مواد رسانا عمل می کنند. اما هنگامی که آنها در زیر یک دمای بحرانی خاص خنک می شوند، به طور چشمگیری تغییر می کنند، مقاومت الکتریکی آنها به طور کامل ناپدید می شود و ناگهان می توانند جریان الکتریکی را بدون هیچ تلفاتی هدایت کنند.

این حد، که در آن یک ماده بین حالت ابررسانا و حالت رسانا معمولی تغییر می‌کند، دمای بحرانی نامیده می‌شود.

پروفسور کارستن هلد از موسسه فیزیک حالت جامد در TU Wien گفت: ما اکنون توانسته ایم این دمای بحرانی را برای طیف وسیعی از مواد محاسبه کنیم، همانطور که آزمایش‌ها بعداً نشان دادند، با مدل‌سازی‌مان بر روی رایانه‌های با کارایی بالا، توانستیم نمودار فاز ابررسانایی نیکلات را با درجه‌ای از دقت پیش‌بینی کنیم.

بسیاری از مواد فقط بالای صفر مطلق (273.15- درجه سانتیگراد) ابررسانا می شوند، در حالی که برخی دیگر خواص ابررسانایی خود را حتی در دماهای بسیار بالاتر حفظ می کنند، ابررسانایی که همچنان در دمای معمولی اتاق و فشار معمولی اتمسفر ابررسانا باقی می ماند، اساساً روش تولید، انتقال و استفاده از الکتریسیته را متحول می کند.

با این حال، چنین ماده ای هنوز کشف نشده است و با این وجود، ابررساناهای با دمای بالا، از جمله آنهایی که از کلاس cuprate هستند، نقش مهمی در فناوری ایفا می کنند - به عنوان مثال، در انتقال جریان های بزرگ یا در تولید میدان های مغناطیسی بسیار قوی.

فلز مس؟ نیکل؟ یا پالادیوم؟

جستجو برای بهترین مواد ابررسانا ممکن دشوار است. عناصر شیمیایی مختلفی وجود دارند که مورد سوال قرار می گیرند، شما می توانید آنها را در ساختارهای مختلف کنار هم قرار دهید، می توانید رگه های کوچکی از عناصر دیگر را برای بهینه سازی ابررسانایی اضافه کنید.

پروفسور هلد خاطرنشان کرد: برای یافتن نامزدهای مناسب، باید در سطح کوانتومی-فیزیکی نحوه تعامل الکترون ها با یکدیگر در ماده را درک کنید.

این نشان داد که یک بهینه برای قدرت برهمکنش الکترون ها وجود دارد و تعامل باید قوی باشد، اما نه خیلی قوی، یک منطقه طلایی در بین آن وجود دارد که دستیابی به بالاترین دمای انتقال را ممکن می کند.

پالادات به عنوان راه حل بهینه

این منطقه طلایی تعامل متوسط نه با کوپرات ها و نه با نیکلات ها قابل دستیابی است، اما می توان با نوع جدیدی از مواد استفاده کرد که به اصطلاح پالادات نام دارند.

پروفسور هلد توضیح داد: پالادیوم در جدول تناوبی مستقیماً یک خط زیر نیکل قرار دارد. خواص مشابه هستند، اما الکترون های آنجا به طور متوسط تا حدودی دورتر از هسته اتم و یکدیگر هستند، بنابراین برهمکنش الکترونیکی ضعیف تر است.

محاسبات مدل نشان می دهد که چگونه می توان به دمای انتقال بهینه برای داده های پالادیوم دست یافت.

پروفسور هلد اظهار داشت: نتایج محاسباتی بسیار امیدوارکننده هستند، ما امیدواریم که اکنون بتوانیم از آنها برای شروع تحقیقات تجربی استفاده کنیم و اگر ما یک کلاس کاملاً جدید و اضافی از مواد با پالادات برای درک بهتر ابررسانایی و ایجاد ابررساناهای بهتر در دسترس داشته باشیم، این می تواند کل زمینه تحقیقاتی را به جلو ببرد.

به نظر می رسد این خبر بسیار خوبی باشد. این نشان می دهد که درک آنچه در هنگام وقوع ابررسانایی اتفاق می افتد بسیار بهتر می شود، مسیری به سوی آینده ای ابررسانا در آنجا نهفته است.

مشکل پیش رو این است که پالادیوم یک عنصر کم هزینه نیست و ذخایر عظیمی نیز شناخته نشده است، ممکن است در نظر داشته باشید که تقاضا برای آن نیز با میلیون ها تن اندازه گیری نشده است.

بنابراین چگونگی این موضوع هنوز خیلی قابل پیش بینی نیست و ممکن است مدتی طول بکشد تا اعداد خوب به راحتی در دسترس باشند.

منصفانه است که فکر کنیم ابررسانایی روزی به کاربرد تجاری می رسد و به نظر می رسد این سوال در مورد کاربردهای اقتصادی باشد.

این مطمئناً علاقه به متالورژی را افزایش می دهد، تحقیقات ابررسانایی هنوز بسیار جوان است، اهداف طراحی در حال درک بهتری هستند و مطمئناً پیشرفت های بیشتری وجود خواهد داشت و پیشرفت ها بیشتر خواهد بود. (این فناوری تازه شروع شده است)

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.