تحقیق جدید نشان میدهد جفتشدگی الکترون در دماهای بالاتر امکانپذیر است

تحقیق جدید نشان میدهد جفتشدگی الکترون در دماهای بالاتر امکانپذیر است, در طول یک قرن قبل از کشف ابررسانها، خواص نوآیران آنها محققان را شگفت زده کرده است. این مواد خاص به برق اجازه میدهند تا بدون از دست دادن انرژی از آنها عبور کند. اما این ویژگی فقط در دماهای بسیار پایین، نزدیک به صفر مطلق (مایس ۲۷۳.۱۵ سانتیگراد) وجود دارد.

اکنون محققان دریافتند که شرط الزامی ابرسنایی – جفتشدگی الکترون – در دماهای بالاتر از ướcتری نیز رخ میدهد. این میتواند قدم مهمی در سمت ساختن ابرسنانهای دما اتاق باشد. محققان تا به امروز سعیهای متعددی برای یافتن یا ساختن ابرسنان در دماهای بالاتر انجام دادهاند. یافتن چنین مادهای میتواند فناوریهای مدرن از کامپیوتر و تا شبکه برق و حملونقل را تغییر دهد.

علاوه بر این، حالت کوانتومی بینظیر ابرسنانها این مواد را برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی ایدهآل میسازد. بر پایهٔ گزارش، محققان دانشگاه استنفورد جفتشدگی الکترون را در دماهای بالاتر و در یک عایق ضدفرومغناطیسی – چیزی که انتظار آن را نداشتند – یافتند. اگرچه این ماده مقاومتریستی صفر نداشت، اما این پژوهش میتواند به محققان در یافتن راههای مهندسی مواد شبیه و تبدیل آنها به ابرسنان در دماهای بالاتر کمک کند.

جفتشدگی الکترونها چیست؟ محققان زمانها میدانند که برای ابرسنان شدن یک ماده، الکترونها باید جفت شوند و این جفتشدگی باید منسجم و هماهنگ باشد. اگر رونها جفت شوند اما نامنسجم باشند، امکان پذیر این ماده یک عایق الکتریکی باشد. در ابرسنانها، الکترونها مثل دو نفر در یک مهمان رقص عمل میکنند. در ابتدا هیچ یک مایل به رقص با دیگری نیست.

اما وقتی دیجی آهنگی می پخش که هر دو دوست دارند، آنها متوجه میشوند که به هم علاقه دارند و به سمت هم میروند الکترونها جفت میشوند اما تا این لحظه منسجم نشدهاند. سپس دیجی آهنگ جدیدی پخش میکند که هر دو کاملاً آن را دوست دارند. یک دفعه دو نفر جفت میشوند و به رقص میپردازند. سپس همهٔ افراد حاضر در مهمان، رقص منسجم انجام میدهند و دور هم جمع میشوند. در این مرحله، مهمان یک رقص منسجم دارد و به عبارتی در حالت ابرسنان قرار میگیرد.

در مطالعه تازه، محققان الکترونها را در مرحله میانی دیدند جایی که الکترونها چشم در چشم شدهاند اما تا به حال رقص را شروع نکردهاند. تشکیل ابرسنانها در دمای بالاتر در این پژوهش که نتایج آن در مجله منتشر شده، دانشمندان به سراغ خانواده ابرسنانهای کوپر رفتند که حداکثر دمای ابرسنایی آن نسبت به مواد دیگر پایین بود (۲۵ کلوین). برای بررسی خواص ابرسنایی این مواد در دمای بالاتر، محققان نور فرابنفش را روی مثالهای خودند.

اکسید مس نیودیمیم سریم که محققان مورد مطالعه قرار دادند، مانند یک ابرسنان عادی عمل میکند و این ó را بالای ۲۵ کلوین (مایس ۲۴۸ سانتیگراد) نشان نمیدهد؛ اما هنگامی که الکترونها جفت میشوند، مقاومت کمتری در برابر افزایش دما نشان میدهند و الکترونهای کمتری خارج میشوند؛ یعنی ال باندرتاقگی کمتر انرژی خود را از دست میدهد.

بهطور معمول، وقتی فوتونهای نور به کوپرها برخورد میکنند که الکترونهای جفتنشده دارند، فوتونها انرژی کافی به الکترونها میدهند تا از ماده خارج شوند و éé رخ دهد. اما الکترونهای جفتشده در ماده محققان، توانستند در برابر ré و مقداری انرژی را حفظ کنند. محققان مشاهده کردند که موادشان انرژی بیشتری تا دمای منفی ۱۳۳ سانتیگراد نیز حفظ میکنند.

اگرچه هنوز تا رسیدن به ابرسنان با مقاومت الکتریکی صفر در دمای اتاق مسیر زیادی باقی مانده، اما محققان میگویند بینشی برای نزدیکشدن به این هدف بهدست آوردهاند. این پیشرفت، در حالی که هنوز چالشهای فنی و فیزیکی زیادی وجود دارد، امیای واقعی برای مستقبل فناوریهای، انتقال انرژی و محاسبه کوانتومی ایجاد میکند.