ماده ای که هم آهنرباست و هم ابررسانا ! به گزارش سیبکس، دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست به موفقیت رسیدند در ساختاری نادر از گرافن که چند لایه بشکل «رومبوهدال» روی هم چیده شده اند، همزمان خاصیت ابررسانایی و مغناطیسی را در دماهای بسیار پایین مشاهده کنند؛ پدیده ای که تابحال ناسازگار و غیر ممکن تصور می شد. به گزارش سیبکس به نقل از ایسنا، برای قرن ها، دانشمندان بر این باور بودند که ابررسانایی و خاصیت مغناطیسی دو نیروی متضاد هستند که نمی توانند همزمان در یک ماده وجود داشته باشند. اما محققان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به کشف این حقیقت شده اند که این دو خصوصیت متناقض در یک نوع نادر از نانوساختار کربنی به شکل همزمان حضور دارند. مطالعه جدید آنها نشان داده است که در دماهای نزدیک به صفر مطلق، این ساختار گرافیتی نادر که با پیچش کنترل شده لایه ها و قرار گرفتن روی بور نیترید شش ضلعی ایجاد شده، نه تنها جریان برق را بدون مقاومت عبور می دهد (ویژگی اصلی ابررسانایی)، بلکه بین دو حالت مغناطیسی مختلف هم سوئیچ می کند؛ حالتی که در هیچ ابررسانای شناخته شده ای دیده نشده است. این خصوصیت منحصر به فرد «ابررسانایی متقارن» نامیده می شود. این کشف می تواند تحولات بزرگی در فناوری های کوانتومی، الکترونیک کم مصرف و دستگاههای پزشکی ابررسانا به وجود بیاورد، هرچند فعلا کاربردهای عملی آن محدود به دماهای خیلی کم است و جزئیات دقیق مکانیزم آن هنوز در دست بررسی می باشد. لانگ جو، استادیار فیزیک در MIT و از نویسندگان مقاله می گوید: اعتقاد عمومی بر اینست که ابررساناها با میدان های مغناطیسی سازگار نیستند، اما ما معتقدیم این اولین مشاهده از ابررسانایی است که بشکلی مستقیم و ساده مانند یک آهنربا رفتار می کند. این مورد کاملا عجیب است، چونکه با تصور عمومی ما از ابررسانایی و مغناطیس در تضاد است. این کشف اعجاب انگیز می تواند دیدگاه های پیشین در رابطه با ابررسانایی را تغییر دهد و در حوزه های علوم مواد، الکترونیک و محاسبات کوانتومی پیشرفت های بزرگی ایجاد نماید. در جریان این مطالعه، تیم MIT به دنبال ابررسانای مغناطیسی نبودند. آنها درحال بررسی گرافیت، ماده ای که در مغز مداد یافت می شود، بودند. گرافن از میلیونها لایه نازک کربن تشکیل شده که به شکل ورق های دوبعدی روی هم قرار گرفته اند. در شرایط خاص، گرافن می تواند ابررسانا شود. معمولا ورق های گرافن به شکل منظم روی هم چیده شده اند، اما در نقاط نادری از گرافیت، لایه ها کمی به هم تابیده شده اند که ساختاری معروف به «رومبوهدال» بوجود می آورد. این ساختار را میتوان مانند یک راه پله ساخته شده از ورق های کربنی تصور کرد، نه یک انباشت صاف. محققان قطعات کوچکی از این گرافن راه پله ای شکل را از گرافیت معمولی جدا کردند. هر قطعه شامل چهار یا پنج لایه گرافن بود که به این شکل خاص چیده شده بودند. سپس این قطعات روی ماده ای به نام بور نیترید شش ضلعی قرار گرفتند که بسیار نازک و صاف است. اما این دفعه، دو ماده را به صورت کامل هم راستا نکردند و کمی آنها را پیچاندند تا ساختار اتمی آنها نامرتب شود. بعد کل مجموعه را تا دمای بسیار پایین، حدود ۳۰۰ میلی کلوین (کمتر از یک درجه بالاتر از صفر مطلق) سرد کردند. تحت این شرایط، جریان الکتریکی را از قطعات عبور دادند تا رفتار الکترون ها را بررسی نمایند. در این نقطه، مقاومت الکتریکی به صفر رسید که نشان دهنده ابررسانایی بود؛ یعنی جریان برق بدون هیچ اتلاف انرژی عبور می کند. سپس یک میدان مغناطیسی اعمال کردند که جهت آن قابل تغییر بود، مانند برعکس کردن قطب های آهنربا. در این حالت اتفاقی غیرمعمول رخ داد. زک حدجری، یکی از نویسندگان مقاله و دانشجوی MIT می گوید: اگر این ماده یک ابررسانای معمولی بود، مقاومت همچنان صفر باقی می ماند تا زمانی که میدان مغناطیسی به حد بحرانی برسد و ابررسانایی از بین برود. اما این ماده به نظر می آید بین دو حالت ابررسانایی تغییر وضعیت می دهد، مانند آهنربایی که ابتدا بسمت بالا اشاره دارد و می تواند با اعمال میدان مغناطیسی بسمت پایین بچرخد. این به معنای آن است که این ماده همزمان مانند یک ابررسانا و یک آهنربا رفتار می کند، چیزی که هیچ توجیه ساده ای ندارد. این آزمایش برای اولین بار نشان داد که وقتی چند لایه گرافن به شکل خاص روی هم چیده شده و با ماده ای دیگر کمی تابیده شوند، می توانند به شکل همزمان خاصیت ابررسانایی و مغناطیسی از خود نشان دهند، دو خصوصیت که پیش از این ناسازگار تصور می شدند. محققان پنج نمونه دیگر با ساختار گرافن رومبوهدال را هم بررسی کردند و در همه آنها ابررسانایی متقارن مشاهده شد. این یافته می تواند نتایج گسترده ای داشته باشد. بعنوان مثال، ابررساناهای مغناطیسی می توانند در ساخت انواع جدید کیوبیت ها (واحدهای اطلاعات در کامپیوترهای کوانتومی) استفاده شوند که پایدارتر و کنترل آنها ساده تر است. همینطور می توانند الهام بخش تولید آهنرباهای ابررسانا در دستگاههای پزشکی مانند MRI باشند یا منجر به تولید الکترونیک کم مصرف با رفتار سوئیچینگ سریع تر و هوشمندانه تر شوند. به نقل از ستاد نانو، ژنگ گوآنگ لو، استادیار دانشگاه ایالتی فلوریدا و از نویسندگان مقاله در ارتباط با این پروژه می گوید: تمام آن چه در این ماده کشف کرده ایم کاملا غیرمنتظره بوده است، اما چون این سیستم ساده است، معتقدیم می توانیم به درک خوبی از آن برسیم و اصول عمیق و بنیادین فیزیکی را نشان دهیم. البته هم اکنون این ماده فقط در دماهای بسیار پایین کار می کند که برای کاربردهای عملی محدودیت دارد. همینطور دلیل دقیق رفتار عجیب آن هنوز به صورت کامل شناخته نشده است و تحقیقات آتی می تواند به رفع این ابهامات کمک نماید. 1404/03/15 10:09:51 5.0 / 5 37 تگهای خبر: دستگاه , سیستم , فناوری , كاربر این مطلب سیبکس را پسندیدید؟ (1) (0) X تازه ترین مطالب مرتبط موزه فخر دانشگاه است خالکوبی های زنده بر روی آسمان خراش ها کشفی که به طراحی دستگاههای الکترونیکی سفارشی با استفاده از تنها یک عنصر می انجامد مشارکت بالاتر از ۱۰۰ دانشگاه و پژوهشگاه در طرح ملی تقسیم کار زیست فناوری نظرات بینندگان در مورد این مطلب نظر شما در مورد این مطلب نام: ایمیل: نظر: سوال: = ۵ بعلاوه ۱