ابررسانایی دمای بالا

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
  • مقدمه :

ابررسانایی سرامیکی(دمای بالا) (ceramic superconductivity) از دو واژه ی ابررسانا(superconductor) وسرامیک (ceramic) گرفته شده است . در هادی های معمولی مقاومت مخصوص الکتریکی با کاهش دما کاهش می یابد تا به مقدار معینی برسد . ولی فلزات وآلیاژ هایی وجود دارند که در دماهای بسیار پایین (حدود صفر مطلق) ، یعنی در پایین تر از دمایی که دمای جهش یا دمای بحرانی نامیده می شود ، مقاومت الکتریکی آنها به صفر می رسد . این گونه مواد به نام فوق (سوپر یا ابر) هادی ها معروف هستند. به عبارت دیگر رسانایی الکتریکی فوق هادی ها در عمل بی نهایت زیاد می باشد ، اما متاسفانه این دماها به اندازه ای پایین است که فقط به کمک سرد کردن با هلیم مایع می توان با آنها رسید. ظاهر شدن خاصیت رسانای الکتریکی بی نهایت زیاد با رفتار مغناطیسی معین کاملا در ارتباط است.

سرامیک ها نیز شامل بخش عمده ای از مواد غیرفلزی صنعتی هستند . مواد سرامیکی استحکام و سختی بالایی دارند. سرامیک ها پیش از این به عنوان مواد عایق جریان الکتریکی شناخته می شدند ، اما اکنون می توانند به گونه ای فرآوری شوند که رسانای الکتریسیته نیز باشند . محدوده ی وسیع مواد دراین دسته شامل سرامیک هایی است که از مواد رسی و شیشه و سیمان تشکیل می شود . سرامیکها از لحاظ رفتار مکانیکی ، سخت اما بسیار ترد هستند.

  • تاریخچه:
نمونه کوچکی از ابر رسانا در دمای بالا

در دهه ۱۹۸۰ در آزمایشگاه IBM در زوریخ فیزیکدان سوییسی، الکس مولر به همراه دستیار جوانش جورج بدنورز در حال ساخت نوعی سرامیک بودند که اشتباه این جوان در گرم نکردن یک اجاق باعث کشفی شد که هم پای کشف آتش از بزرگترین دستاوردهای بشر در تهیه انرژی است.
این سرامیک در دمای بسیار بالاتری از صفر مطلق در حدود ۷۰ تا ۸۰ کلوین خاصیت ابررسانایی از خود بروز می‌دهد. البته امروزه ابررساناهای سرامیکی ساخته شده‌اند که تا بیش از ۲۰۰ کلوین (منفی ۶۰ درجه سانتیگراد) از خود خاصیت ابررسانایی نشان می‌دهند. امروزه گروه‌های مختلفی از سرتاسر جهان به دنبال این هستند که بالاخره ماده‌ای را کشف کنند که بتواند در دمای معمولی (۳۰۰ کلوین) هم از خود خاصیت ابررسانایی نشان دهد.
همان‌طور که از ظاهر امر برمی‌آید، خاصیت ابررسانایی در سرامیک‌ها و فلزات، سرشتی متفاوت دارند. سرامیک‌ها، نارسانا هستند و سپس به ابررسانا تبدیل می‌شوند. در حالی که فلزات رسانا هستند و ناگهان مقاومت در آنها صفر می‌شود. دمای گذار به ابررسانایی هم در فلزات بسیار پایین‌تر از سرامیک‌ها است. به این ترتیب نظریه BCS دیگر قادر به توضیح ماهیت ابررسانایی در سرامیک‌ها یا ابررساناهای دمای بالا (High TC) نیستند. دانشمندان تاکنون نظریه‌ای رضایت بخش برای توضیح این پدیده نیافته‌اند و این مسئله یکی از مهم‌ترین مسائل حل نشدهٔ تاریخ فیزیک است.

  • پیشرفت ابررسانای سرامیکی در برابر ابررسانای معمولی :

کشف مولر و بدنورز به یکباره فعالیت های زیادی را در زمینه ابررسانا به راه انداخت. محققان در سراسر جهان شروع به ساختن سرامیک هایی با هر ترکیب قابل تصور برای دست یافتن به دماهای بحرانی بالاتر کردند. در ژانویه ۱۹۸ یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه آلاباما هانتسویله در ترکیب مولر و بدنرز، ایتریوم را جایگزین لانتانیوم کردند و دمای بحرانی ۹۲ کلوین را ثبت نمودند. برای اولین بار ماده ای کشف شده بود که در دمایی بالاتر از نیتروژن مایع ( سردکننده ای که به راحتی در دسترس است) ابررسانا می شد. در آن چه تاکنون به دست آمده از مواد غیر متعارف و حتی سمی در سرامیک پروسکیت پایه استفاده شده است. بنابراین فقط در طی یک سال از کشف اصلی ، دمای گذار به حالت ابررسانایی سه برابر افزایش یافت و واضح بود که انقلاب ابررساناها شروع شده است . سرامیک های ابررسانای رایج با دمای گذار بالا از جنس اکسید مس با جیوه هستند. ساخت اولین سری از این ترکیب ها در سال ۱۹۹۳ در دانشگاه کلرادو انجام شد. گروه شیلینگ، کانتونی، گیو و آت از زوریخ سوییس این کار را انجام دادند. بالاترین دمای بحرانی که هم اکنون ۱۳۸ کلوین است متعلق به یک ترکیب تالیوم، جیوه ای و مسی است که شامل عناصرجیوه، تالیوم، باریوم کلسیوم، مس و اکسیژن است. دمای بحرانی این ابررسانای سرامیکی را دکتر ران گلدراف در موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی کلرادو در فوریه ۱۹۹۴ تایید کرد. این درجه حرارت بحرانی در فشارهای بیش تر، بالاتر نیز می رود تا جایی که در ۳۰ هزار اتمسفر حدود ۲۵ تا ۳۰ درجه تفاوت می کند. اولین موسسه ای که روی ابررساناهای دمای بالا سرمایه گذاری کرد ایلی نویز سوپرکنداکتوربود که در سال ۱۹۸۹ ایجاد شد. همکاری دولت، صنعت خصوصی و پژوهش های دانشگاهی یک سنسور قوی برای ابزارهای پزشکی معرفی کرد کرد که می توانست در دمای نیتروژن مایع ( حدود ۷۷ کلوین ) کار کند.به صورت تجربی ثابت شده است که اگر ماده ی ابررسانا به صورت مکانیکی تحت قشار قرار گیرد ، دمای بحرانی ابررسانا کمی تغییر می کند. همگی ابررساناهای کشف شده یک ویژگی مشترک داشتند . وجود سطوح تراز شامل اتم های اکسیژن ومس که با مواد حامل بار برای سطوح تراز ازیکدیگر جدا می شوند . با توجه به کاربردهای مختلف ابررسانا ، بسیاری از تلاش ها بر افزایش دمای عملکرد ابررساناها تا دستیابی به دمای اتاق متمرکز شده است. هرچند دمای بحرانی ترکیبات جدید سرامیکی در حد قابل توجهی از دمای بحرانی مواد ابررسانای متعارف فلزات و آلیاژ ها ) بزرگتر است ، به دلیل خصوصیات فیزیکی این مواد مانند شکنندگی و پایین بودن چگالی و جریان بحرانی کاربرد های این مواد هنوز در مرحله ی تحقیق است. اخیرا سعید سلطانیان به همراه یک گروه علمی به همراه پروفسور شی زو دو دردانشگاه ولونگونگ استرالیا ابررسانایی ساخته اند که بالاترین رکورد را از نظر خواص مکانیکی در میان ابررسانا دارد.

ابررساناهای جدید عموما سرامیکی و اکسید های فلزی ورقه ورقه هستند که در دمای اتاق مواد نسبتا بی ارزشی محسوب می شوند و البته کاربرد های متفاوتی نیز دارند .اکسید های فلزی این نوع ابررساناها در مقایسه با فلزات شامل کمی حامل بار معمولی هستند و دارای خواص انیسوتروپیک الکتریکی و مغناطیسی می باشند . این خواص به طور قابل توجهی حساس به محتوای اکسیژن می باشد . برای تشخیص خواص فیزیکی ذاتی ، کریستال های یکتایی با درجه ی خلوص بالا مورد نیاز است که فرآیند ساخت پیچیده ای دارند.

ساختار اتمی ابررسانای سرامیکی


پس همچنان یک نظریه برای توضیح ابررسانایی در دمای بالا در سطح دانش پیشرقته وجود ندارد و نشانه ها به گونه ای کنار هم جمع شده اند تا از پدیده ی ابررسانایی برای ما یک پدیده بیگانه بسازند. در سال ۲۰۰۵ یافت شد که افزایش نسبت های وزنی صفحات متناوب در لایه ای از پروسکیت می تواند دمای بحرانی را به اندازه قابل توجهی افزایش دهد. این نکته باعث مسیری برای کشف ۵۰ ماده ابررسانای دمای بالا شد که یکی از آنها کاندیدای ثبت رکورد جهانی شد.


  • ضمیمه:

به گزارش ایرنا از واحد علوم و تحقیقات دانشجویان ایرانی موفق به ساخت ابررسانای سرامیکی که اولین ابررسانای سرامیکی در دمای بالا شناخته شده در دنیا به شمار می رود، شدند.این ابررسانا در شرایط ایده آل دارای دمای بحرانی 93 درجه ی کلوین است . این نوع ابررسانا با توجه به شرایط انتقال اکسیژنی بین صفحات خود با تعداد خاصی اکسیژن به تعادل رسیده و ساختار خود را تشکیل می دهد. پس از ساخت ابررسانای مورد نظر ، برای بررسی خواص ابررسانایی ، با استفاده از دستگاه تست XRD جزئیات این ابررسانا مشخص شده و پارامتر های اساسی این نوع ابررسانا مانند ثابت شبکه ی کریستالی ، نوع ساختار کریستالی و درصد اکسیژن آن مورد بررسی قرار گرفته است و درنهایت به کمک نیتروژن مایع و رساندن این ماده به دمای بحرانی خود ، آهنربای (ساماریم کبالت) قرار گرفته برروی قرص ابررسانا ساخته شده است . (شکل پایین)

آهنربای ساماریم کبالت

منابع[ویرایش]

http://www.hupaa.com

http://www.irna.ir

http://daneshnameh.roshd.ir

material science and engineering


پیوند به بیرون[ویرایش]