افت و خیزهای کوانتومی ابررسانای رکورددار را حفظ می‌کنند

افت و خیزهای کوانتومی ابررسانای رکورددار را حفظ می‌کنند

محاسبات انجام شده به وسیله‌ی گروهی بین‌المللی از پژوهشگرانی از کشورهای اسپانیا، ایتالیا، فرانسه، آلمان و ژاپن نشان می‌دهد که ساختار بلوری ابررسانایی رکورددار برای ترکیب لانتانیم دکاهیدرید (LaH_10)، به وسیله‌ی افت و خیزهای کوانتومی اتمی پایدار می‌شود.

این نتایج حاکی از آن است که ابررسانایی نزدیک به دمای اتاق می‌تواند در ترکیب‌های غنی از هیدروژن، در فشارهای خیلی پایین‌تر از آنچه قبلا در محاسبات کلاسیکی انتظار می‌رفت، ممکن باشد.

دستیابی به ابررسانایی دمای اتاق، یکی از بزرگ‌ترین رویاها در فیزیک بوده و کشف آن می‌تواند از طریق انتقال الکتریکی بدون اتلاف، موتورها یا مولدهای الکتریکی با بهره‌وری فوق‌العاده و همچنین امکان ساخت میدان‌های مغناطیسی عظیم بدون سردسازی، انقلابی در فناوری را به ارمغان آورد. کشف‌های اخیر در ابررسانایی، نخست در دمای ۲۰۰ کلوین در هیدروژن سولفید، و بعدا در دمای ۲۵۰ کلوین در لانتانیم دکاهیدرید توجه را به این مواد جلب کرده و امیدهایی برای دستیابی به ابررسانایی دمای اتاق در آینده‌ی نزدیک به همراه آورده است. اکنون روشن است که ترکیب‌های غنی از هیدروژن می‌توانند ابررساناهای دمای بالا باشند؛ حداقل در فشارهای بالا، چرا که هر دو کشف، در فشارهای بالای ۱۰۰ گیگاپاسکال، یعنی ۱۰۰ میلیون برابر فشار اتمسفری انجام شدند.

دمای ۲۵۰ کلوین (۲۳- درجه سانتی‌گراد) بدست آمده در لانتانیم دکاهیدرید، یعنی دمای معمولی که فریزرهای  خانگی کار می‌کنند، گرم‌ترین دمایی است که ابررسانایی در آن مشاهده شده است. امکان ابررسانایی دمای بالا در لانتانیم دکاهیدرید، توسط پیش‌بینی‌های ساختار بلوری در سال ۲۰۱۷ پیش‌بینی شده بود. این محاسبات حاکی از آن بود که در فشارهای بالای ۲۳۰ گیگاپاسکال، یک ترکیب لانتانیم دکاهیدرید بسیار متقارن، با یک قفس هیدروژن که اتم‌های لانتانیم را محصور می‌کند می‌تواند تشکیل شود. طبق محاسبات، این ساختار در فشارهای پایین‌تر دچار تغییر شکل شده و الگوهای بسیار متقارنش از بین می‌روند. با این حال، آزمایش‌های انجام شده در سال ۲۰۱۹ توانستند این ترکیب بسیار متقارن را درفشارهای خیلی پایین‌تر، در بازه‌ی ۱۳۰ تا ۲۲۰ گیگاپاسکال سنتز کنند و ابررسانایی را حوالی دمای ۲۵۰ کلوین و در این محدوده‌ی فشار، اندازه بگیرند. در نتیجه ساختار بلوری این ابررسانای رکوردار و بنابراین ابررسانایی آن، کاملا مبهم باقی ‌ماند.

اکنون به لطف این نتایج جدید که در مجله‌ی نیچر منتشر شد، می‌دانیم که افت‌ و خیزهای کوانتومی اتمی، ساختار متقارن لانتانیم دکاهیدرید را در کل محدوده‌ی فشاری که ابررسانایی مشاهده شده، حفظ می‌کنند. به طور دقیق‌تر، محاسبات نشان می‌دهد که اگر اتم‌ها به عنوان ذرات کلاسیکی، یعنی به عنوان نقطه‌های ساده در فضا در نظر گرفته شوند، انحراف‌های ساختاری زیادی، تمایل به پایین آوردن انرژی سیستم دارند. این یعنی چشم‌انداز انرژی کلاسیکی، با کمینه‌های بسیار، خیلی پیچیده است؛ مانند تشکی که به دلیل ایستادن افراد زیادی بر روی آن، تغییر شکل زیادی داده است. با این حال، وقتی اتم‌ها مانند اشیایی کوانتومی در نظر گرفته شوند که با یک تابع موج ناجایگزیده توصیف می‌شوند، چشم‌انداز انرژی به طور کامل تغییر می‌کند: فقط یک کمینه وجود دارد که مطابق با ساختار بسیار متقارن است. اثرات کوانتومی به طریقی، از دست همه‌ی افراد روی تشک، به جز یک نفر، خلاص می‌شوند؛ فردی که فقط در یک نقطه، شکل تشک را تغییر می‌دهد.


منبع:‌ phys.org
كلمات كليدي :
ابررسانایی دمای بالا
 
امتیاز دهی
 
 

login