آرزوی دیرین دانشمندان برای کشف یک ابررسانا با کارآیی در دمای اتاق
دانشگاه فارسی: موضوع کشف یک ماده ابررسانا که در دمای اتاق کارآیی داشته باشد، از اوایل قرن بیستم تا حالا مطرح شده اما دانشمندان هنوز ابررسانایی را پیدا نکرده اند که اساسا در دمای اتاق کار کند و این یک مشکل بزرگ است.
به گزارش دانشگاه فارسی به نقل از ایسنا و به نقل از فست کمپانی، اگر تا قبل از سال ۲۰۲۳ در مورد ابررساناها چیزی نشنیده بودید، به احتمال زیاد حالا می دانید که چه هستند برای اینکه پژوهشگران در اوایل امسال، ادعاهای جدیدی را در مورد ابررساناهایی مطرح نمودند که در دمای اتاق کار می کنند. در هر حال، هیچ کدام از این ادعاها بصورت قطعی ثابت نشده اند و مقاله ای که توسط پژوهشگران «دانشگاه راچستر»(University of Rochester) در مجله «نیچر»(Nature) به چاپ رسیده بود، به درخواست نویسندگان در ماه نوامبر پس گرفته شد.
مطرح شدن موضوع کشف یک ماده ابررسانا که بتواند در دمای اتاق کار کند، موضوع جدیدی نیست.
ابررساناها هم اکنون فقط می توانند در دماهای بسیار سرد کار کنند. بنابراین، یافتن دستگاهی که بتواند در دمای اتاق و بدون نیاز به نگهداری در فضای سرد کارآیی داشته باشد، می تواند همه چیز را از شبکه های برق و تجهیزات پزشکی گرفته تا محاسبات کوانتومی متحول کند اما فیزیک دانان ابتدا باید چگونگی کارکرد آنها را بفهمند.
یک فیزیک دان هلندی در اوایل قرن بیستم، پدیده ابررسانایی را کشف کرد و لابراتوار های سرتاسر جهان از آن زمان، موادی را آزمایش کردند که می توانند در دماهای گرم تر به حالت ابررسانایی برسند.
چگونه این مواد می توانند الکتریسیته را بدون مقاومت هدایت کنند و چه نوع احتمالات فناورانه ای وجود دارند که کمک می کنند تا ابررساناها هر سال بهبود یابند؟ در این گزارش، سه پژوهش از بایگانی مجله «The Conversation» آورده شده است که تاریخ، علم و آینده این پدیده فیزیکی باورنکردنی را بررسی نموده اند.
۱. فیزیک ورای ابررسانایی
چگونه ممکنست حتی یک جریان با مقاومت الکتریکی صفر تولید شود؟ برای انجام دادن این کار باید فلز رسانا واقعا سرد نگه داشته شود و دما حتی به صدها درجه زیر صفر برسد.
«مشکات باتاچاریا»(Mishkat Bhattacharya) فیزیک دان «مؤسسه فناوری راچستر»(RIT) نوشت: در دماهای معمولی، الکترون ها در مسیرهایی حرکت می کنند که تا حدی نامنظم هستند. آنها بطور کلی می توانند برای حرکت آزادانه در یک سیم موفق شوند اما هر چند وقت یک دفعه با هسته های ماده برخورد می کنند. وقوع این برخوردها همان چیزی است که جریان الکترون ها را می بندد و موجب مقاومت کردن و گرم شدن مواد می شود.
هسته همه اتم ها بطور معمول بطور مداوم ارتعاش دارند و می توانند به یکدیگر برخورد کنند. در مواد ابررسانا، الکترون های در جریان از یک اتم به اتم دیگر می روند و با همان فرکانس ارتعاش هسته اتم های فلز ابررسانا، به ارتعاش درمی آیند. این بدان معناست که آنها بجای برخورد و تولید گرما، بصورت صاف و هماهنگ حرکت می کنند و این دمای سرد است که امکان چنین حرکت هماهنگی را فراهم می آورد.
۲. یک قرن ابررسانایی
جیوه نخستین ماده ای بود که در سال ۱۹۱۱ توسط «هایک کامرلینگ اونس»(Heike Kamerlingh Onnes) به عنوان ابررسانا کشف شد. گروه اونس برای دیدن این اثر مجبور شدند هلیوم مایع را تا منفی ۲۷۰ درجه سلسیوس خنک کنند. آنها سیم های تولید شده از جیوه را برای ارسال جریان از میان مواد به کار بردند و سپس، اثر مقاومت الکتریکی را اندازه گیری کردند.
اونس و گروهش، آزمایش را چندین بار تکرار کردند تا مطمئن شوند اثری که مشاهده کرده اند واقعا پدیده ابررسانایی است. همچنین، آنها همه توضیحات احتمالی دیگر را برای این اثر عیب یابی کردند اما به همان نتیجه رسیدند. اونس بعد از سه سال آزمایش توانست جریان هایی با مقاومت واقعا صفر را نشان دهد.
«دیوید نولتی»(David Nolte) فیزیک دان «دانشگاه پردو»(Purdue University) اظهار داشت: اثبات ابررسانایی همیشه دشوار بوده است برای اینکه برخی فلزات می توانند به عنوان ابررساناها ظاهر شوند. درس هایی که اونس یک قرن پیش آموخت، امروز هم مطرح هستند. اونس دریافت این اکتشافات مستلزم زمان، صبر و مهم تر از همه، اثبات جریان هایی هستند که هیچ گاه متوقف نمی شوند.
۳. آینده ابررسانا
یکی از مهم ترین کاربردهای ابررساناهای آینده که در دمای اتاق کار می کنند، کاهش دادن گرمای تلف شده وسایل الکترونیکی است. وسایل الکترونیکی مانند تلفن های همراه و کامپیوتر ها نه فقط می توانند بسیار سریع تر و کارآمدتر کار کنند، بلکه در مقیاس بزرگتر حتی شبکه های برق، خطوط برق و مراکز داده نیز می توانند گرمای تلف شده خودرا کاهش دهند. این می تواند یک پیروزی بزرگ برای محیط زیست باشد.
«پگور آیناجیان»(Pegor Aynajian) فیزیک دان «دانشگاه بینگهمتون»(Binghamton University) نوشت: اگر ما موفق به ساخت یک ابررسانا در دمای اتاق شویم، آن گاه می توانیم به میلیاردها دلاری بپردازیم که در گرمای هدررفته برای انتقال انرژی از نیروگاه ها به شهرها هزینه می شود. انرژی خورشیدی که در بیابان های خالی وسیع سرتاسر جهان جمع آوری می شود، می تواند بدون اتلاف انرژی ذخیره و منتقل شود تا انرژی شهرها را تامین کند و انتشار گازهای گلخانه ای را بطور شایان توجهی کم کند.
نوعی ابررسانا از جنس مواد سرامیکی که توسط دانشمندان شرکت «آی بی ام سوئیس»(IBM Schweiz) تولید شده است، می تواند راهی برای رسیدن به یک ابررسانا در دمای اتاق باشد. پیش تر نشان داده شده است که این دسته از مواد در دماهای بالاتر -هرچند هنوز سرد- نسبت به ابررساناهای معمولی مانند سیم های جیوه اونس، نزدیک تر به منفی ۱۸۴ درجه سلسیوس کار می کنند.
در هر حال، بااینکه یک ابررسانا در دمای اتاق می تواند تجهیزات الکترونیکی و انتقال انرژی را متحول کند اما مواد مناسب هنوز در دست نیستند. بگفته آیناجیان، یک ابررسانای دمای اتاق به مفهوم واقعی کلمه، پرسش میلیون دلاری بعدی است.
منبع: unifarsi.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب