کشف جدید در یک ماده عایق الکتریکی رخ داده و نشان داده است که الکترون‌ها در دماهایی تا منفی 123 درجه سلسیوس به هم پیوسته‌اند. این پیوستگی الکترون‌ها یکی از عناصر مهم در جریانِ تقریباً بدونِ اتلاف انرژی در مواد ابررسانا در دماهای بسیار پایین است.

 

به گزارش ایتنا و به نقل از اسپیس، گفتنی است فیزیکدانان از اینکه چرا این پدیده رخ می‌دهد، شگفت‌زده شده‌اند. اما درک این مسئله می‌تواند به آنها کمک کند تا به ابررساناهای دمای اتاق دست یابند.

 

کِه-جون شو (دانشجوی دکتری در فیزیک کاربردی در دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان مقاله) اظهار می‌دارد: «الکترون‌های جفت شده به ما می‌گویند که آماده ابررسانا شدن هستند، اما در این میان چیزی مانع آنها می‌شود. اگر ما بتوانیم برای هماهنگ کردن این جفت‌ها روشی جدید پیدا کنیم، ممکن است بتوانیم آن را برای ساخت ابررساناهای با دمای بالاتر نیز به کار بگیریم».

 

شایان ذکر است ابررسانایی از نوساناتی که در پی حرکت الکترون‌ها در یک ماده به جا می‌ماند، پدید می‌آید. در دماهای بسیار پایین، این نوسانات هسته‌های اتمی را به سمت یکدیگر جذب می‌کنند و این جاذبه باعث تغییرات کوچکی در بار الکتریکی می‌شود که الکترون دیگری را به الکترون اولی جذب می‌کند.

 

معمولاً دو بار منفی باید یکدیگر را دفع کنند. اما در اینجا، اتفاق عجیبی می‌افتد: الکترون‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند و «جفت کوپر» تشکیل می‌دهند.

 

جفت‌های کوپر از قوانین مکانیک کوانتومی متفاوتی نسبت به الکترون‌های تک‌افتاده پیروی می‌کنند. آنها به جای اینکه در لایه‌های انرژی مختلف قرار بگیرند، مانند ذرات نور رفتار می‌کنند و تعداد نامحدودی از آنها می‌تواند در یک نقطه از فضا به طور همزمان حضور داشته باشد.

اگر تعداد کافی از این جفت‌های کوپر در یک ماده ایجاد شود، به یک ابرسیال تبدیل می‌شوند که بدون از دست دادن انرژی به دلیل مقاومت الکتریکی جریان می‌یابد.

 

اولین ابررساناها توسط هایک کامرلینگ اونِس (فیزیکدان هلندی) و در سال ۱۹۱۱ کشف شدند. این مواد در دماهای بسیار پایین، نزدیک به صفر مطلق (منفی ۲۷۳٫۱۵ درجه سلسیوس)، به این حالت بدون مقاومت الکتریکی تبدیل می‌شدند.

اما در سال ۱۹۸۶، فیزیکدانان ماده‌ای مبتنی بر مس به نام کوپرات کشف کردند که در دمای بسیار گرم‌تر (اما همچنان بسیار سرد) منفی ۱۳۵ درجه سلسیوس ابررسانا می‌شد.

 

فیزیکدانان امیدوار بودند که این کشف به آنها در دستیابی به ابررساناهای دمای اتاق کمک کند. دانشمندان در پژوهش جدید خود به کوپرات به نام اکسید نئودیمیوم سریم مسی روی آوردند.

گفته می‌شود حداکثر دمای ابررسانایی این ماده نسبتاً پایین و در حدود منفی ۲۴۸ درجه سلسیوس است، بنابراین دانشمندان چندان به مطالعه آن علاقه‌مند نبوده‌اند.

اما زمانی که محققان به سطح آن پرتو فرابنفش تاباندند، مشاهده کردند که رفتار عجیبی رخ می‌دهد.

 

معمولاً زمانی که بسته‌های نوری، یا فوتون‌ها، به یک کوپرات که دارای الکترون‌های تک‌افتاده است برخورد می‌کنند، این فوتون‌ها به الکترون‌ها انرژی کافی می‌دهند تا از ماده خارج شوند و باعث می‌گردند ماده مقدار زیادی انرژی از دست بدهد.

ولی الکترون‌های درون جفت‌های کوپر می‌توانند در برابر خروج فوتونی مقاومت کنند و باعث شوند که ماده تنها مقدار کمی انرژی از دست بدهد.

 

با وجود اینکه حالت بدون مقاومت این ماده تنها در دماهای بسیار پایین رخ می‌دهد، اما پژوهشگران دریافتند که فاصله انرژی در این ماده جدید تا دمای منفی ۱۲۳ درجه سلسیوس پایدار است و جفت‌سازی الکترون‌ها به‌طرز عجیبی در نمونه‌هایی که در برابر جریان الکتریکی مقاومت بیشتری دارند، قوی‌تر است.

 

ژی-شون شِن (نویسنده ارشد و استاد فیزیک در دانشگاه استنفورد)، می‌گوید: «ما قصد داریم در آینده به مطالعه این جفت‌سازی انرژی ادامه دهیم تا با کمک روش‌های جدید، به مهندسی ابررساناها بپردازیم».