ابررساناهای دمای بالا

زمینه ای جدید در علم فیزیک آغاز شد هنگامی که در ۲۷ ژانویه ۱۹۸۶ میلادی، Bednorz و Mueller یک افت مقاومت تیز را در La۲-mBamCuO۴ در دمای حدود ۳۰ درجه ی کلوین مشاهده کردند. آن ها مقاله ای در این باره به یکی از روزنامه های معتبر اروپائی، ZeitSchrift fur Physik فرستادند و مطالعه ی خود را برروی این ماده ی جدید ادامه دادند تا اطمینان حاصل کنند که تغییر مقاومت ناگهانی، تبدیل به یک حالت ابررسانایی بوده.
تا ماه اکتبر، آن ها اثر مایزنر (The Meissner Effect) را مشاهده کرده بودند ، بنابراین یک ماده ابررسانای جدید را به ثبت رساندند. نتایج آن ها در دنیا پخش شد، یک ماه بعد، Tanaka و همکاران وی در توکیو نتایج Bednorz-Muller را تأیید نمودند (یک تأییدیه در یکی از روزنامه های ژاپنی چاپ شد) در حالی که کار آن ها در پکن توسط Zou و همکارانش پشتیبانی و حمایت شد. (کار آنها در دسامبر در یکی از روزنامه ها توضیح داده شد.) در ماه بعد، در نتیجه ی یک تلاش همکارانه بین Paul Chu از دانشگاه هوستون و Mang-Kang Wu از دانشگاه آلاباما، عضو جدیدی از خانواده مواد ابررساناهای دما بالا کشف شد ، YBa۲Cu۳O۷ که دارای بالای ۷۰ درجه ی کلوین بود. بنابراین فقط در طی یک سال از کشف اصلی، دمای انتقال به حالت ابررسانایی افزایش سه برابر داشت.
و واضح بود که انقلاب ابررسانا ها هنوز شروع شده است. یک جشن برای بوجود آمدن این فصل در علم فیزیک طی یک جلسه در نیویورک توسط انجمن فیزیک دانان آمریکایی در یک بعد از ظهر یکی از روزهای مارس ۱۹۸۷ برگزار شد. این جشن ۳۰۰۰ شرکت کننده داشت و ۳۰۰۰ نفر نیز این جشن را از طریق تلویزیون مشاهده می کردند ...
در طول شش سال بعد، چند خانواده ی دیگر از ابررسانا ها کشف شدند، که شامل سیستمهای مبنی بر -Tl و -Hg می باشند، که به ترتیب دارای حداکثر ۱۲۰ کلوین و ۱۶۰ کلوین می باشند. همگی آنها یک ویژگی که موجب روی دادن ابررسانایی دمای بالا بود، داشتند، وجود پلین های (planes) شامل اتم های O و Cu ی که جدا شده بوسیله ی مواد پل کننده ای که به عنوان حامل بار عمل می کنند هستند. در طی این مدت، حدود چند هزار مقاله در رابطه با ابررسانا ها منتشر گشت (و در زمان حاضر هم منتشر می شود) بدیهی گشت که ابررسانایی دمای بالا وابسته به مسائل بزرگ فیزیک بسیاری در طول دهه ی گذشته ی این قرن بود.
حداقل چهار دلیل برای علاقه ی شدید به بالا وجود دارد :
۱) علاقه ی علمی ذاتی و باطنی،
۲) طبیعت انتقال نظم و ترتیبی، (این به حدود جدا کننده ی دانشمندان و شیمی دان های مواد از طریق فیزیکدان های نظری و تجربی می رسد) ؛
۳) کاربردهای بالقوه برای مواد ی که دردماهای بالاتر از ۷۷ کلوین (دمایی که نیتروژن مایع می شود) به عنوان ابررسانا عمل می کنند، کاربردهایی که می توان در سیستم های تلفن سلولی اعمال کرد،خطوط انتقال ابررسانایی، ماشین های MRI استفاده کنند از مغناطیس های بالا، میکروویو های استفاده کننده از مواد ابررسانای جدید، سیستم های ابررسانا/ نیمه رسانای هیبریدی؛
۴) پیدا کردن ابررسانای دمای اتاق.
برخی مشخصه ها و خواص ابررسانا های جدید عبارتند از اینکه آن ها سرامیک، و اکسید های ورقه ورقه می باشند که در دمای اتاق فلزات ضعیف و بی ارزشی هستند، و مواد متفاوتی برای کار کردن هستند. شامل کمی حامل بار در مقایسه با فلزات معمولی هستند، و خواص انیسوتوروپیک (Anisotropic) الکتریکی و مغناطیسی هستند که بطور قابل ملاحظه ای حساس به محتوای اکسیژن می باشند. در حالی که، نمونه های ابررسانای مواد ۱-۲-۳ ، Yba۲Cu۳O۷ ، را یک دانش آموز دبیرستانی نیز می تواند در یک اجاق میکروویو تولید کند، کریستال های یکتای دارای درجه ی خلوص بالا برای تشخیص خواص فیزیکی ذاتی موادی که ساختن آن ها به طور خیلی زیادی سخت است، لازم است.
در ادامه ی یک دهه کار، یک وفاق عمومی بر سر این موضوع وجود دارد که رفتار تحریکات ابتدائی در پلین های (planes) ، Cu-O یک کلید برای درک خواص حالت عادی این ابررساناها ارائه می دهد، و اینکه آن خاصیت غیر حالت عادی شبیه به حالت عادی ابررساناهای معمولی و دمای پایین می باشند.
علاوه بر این، اساسا هیچ یک از خواص حالت ابررسانایی ، با خواص یک ابررسانای عادی یکی نیست، که در آن جفت کردنتئوری BCS در حالت خط واحد اتفاق می افتد و شکاف انرژی ذرات quasi در دماهای پائین و ایزوتپریک، هنگامی که یکی حول سطح فرمی حرکت می کند، محدود می باشد. علی رغم این حقیقت که چیزی نسبتا جدید و متفاوت نیاز است تا رفتار حالت عادی را درک کنیم، یک توافق و اجماع وجود دارد که تئوری BCS ، اگر بطور مناسبی تغییر یابد، یک توضیح راضی کننده برای انتقال به حالت ابررسانایی و خواص مواد در آن حالت، می دهد .
یک توافق تقریبی همچنین در رابطه با اجزای سازنده ی پایه ی لازم برای درک ابررساناهای دمای بالا وجود دارد. آن ها را می توان به صورت زیر خلاصه کرد :
عمل ابتدا در پلین های Cu-O رخ می دهد، پس در تخمین اول، برای متمرکز کردن هم توجه نظری و هم عملی روی رفتار تحریکات پلانار، و همچنین برای متمرکز کردن بر روی دو سیستم مطالعه شده ، سیستم ۱-۲-۳ (YBa۲Cu۳O۷-m) و سیستم ۲-۱-۴ (La۲-mSrmCuO۴) ، کفایت می کند.
در دماهای پائین هر دو سیستم عایق های آنتی فرو مغناطیس می باشند با یک آرایه ی محلی +Cu۲ که علامت آن در داخل شبکه متناوبا عوض می شود .
شخصی سوراخ هایی را بر روی پلین های Cu-O سیستم ۱-۲-۳ با تزریق اکسیژن ایجاد می کند، برای سیستم ۲-۱-۴ این کار با تزریق استرونتیوم انجام می گیرد. سوراخ های حاصل روی مقر پلانار اکسیژن ، با اسپین های نزدیک +Cu۲ پیوند پیدا می کنند، و حرکت را برای دیگر اسپین های +Cu۲آسان می سازد، و در روند، نابود کردن همبستگی های AF طولانی برد در عایق.
اگر کسی حفره های کافی را ایجاد کند، سیستم حالات پایه ی خود را از یک عایق به یک ابررسانا تغییر می دهد.
در حالت عادی مواد ابررسانا ، اسپین های +Cu۲ سیار، اما محلی یک مایع فرمی غیر مرسوم را تشکیل می دهند ، با اسپین های quasiparticle های نشان دهنده ی ارتباطات AF قوی، حتی برای سیستم های در سطح تخدیر که از حدی که ماکزیمم می باشد، تجاوز می کند ، موادی که با نام فرا-تخدیر شناخته می شوند. اگر چه هیچ توافقی بین تئوریسین ها بر سر این که چگونه یک توضیح نظریه ای دارای جزئیات برای curpate ها ارائه کنند. راهکرد هایی که برای اینکار امتحان شد، را می توان به از پایین به بالا- یا از بالا به پایین رده بندی کرد. در راهکرد از بالا به پائین، یکی مدلی را که از قبل وجود داشته را انتخاب می کند و راه حل هایی برای انتخاب های دیگر پارامترهای مدل را توسعه می دهد ، سپس تست می کند که آیا این راه حل به نتایج منطبق بر شواهد و تجربیات رسیده اند یا نه.
در یک راهکرد از پائین به بالا، یک از نتایج تجربی آغاز می کند و تلاش می کند تا یک توضیح پدیده ای از یک زیر مجموعه از نتایج تجربی را بدست آورد. سپس چند آزمایش دیگر را متناسب با توضیح بدست آمده انجام می دهد ، با ترتیب میکروسکوپی برای هر آزمایش، تا اینکه به نتایج مورد انتظار از محاسبات و مشاهدات دست بیابد. و فقط آن وقت، بدنبال یک مدل همیلتونی که راه حلش ممکن است تئوری میکروسکوپی کامل را ارائه دهد، بگردد و جستجو کند. Jonh Bardeen از این راهکرد دوم برای کار کردن بر روی ابررساناهای عادی و مرسوم استفاده کرد ، و در دانشگاه اوربانا از روش و راهکرد او برای کار برروی ابررسانای دمای بالا استفاده کردند.

http://www.robatick.blogfa.com/۸۵۰۸.aspx