ابررساناهای دمای بالا

زمینه ای جدید در علم فیزیك آغاز شد هنگامی كه در ۲۷ ژانویه ۱۹۸۶ میلادی، Bednorz و Mueller یك افت مقاومت تیز را در La۲-mBamCuO۴ در دمای حدود ۳۰ درجه ی كلوین مشاهده كردند. آن ها مقاله ای در این باره به یكی از روزنامه های معتبر اروپائی، ZeitSchrift fur Physik فرستادند و مطالعه ی خود را برروی این ماده ی جدید ادامه دادند تا اطمینان حاصل كنند كه تغییر مقاومت ناگهانی، تبدیل به یك حالت ابررسانایی بوده. تا ماه اكتبر، آن ها اثر مایزنر (The Meissner Effect) را مشاهده كرده بودند ، بنابراین یك ماده ابررسانای جدید را به ثبت رساندند. نتایج آن ها در دنیا پخش شد، یك ماه بعد، Tanaka و همكاران وی در توكیو نتایج Bednorz-Muller را تأیید نمودند (یك تأییدیه در یكی از روزنامه های ژاپنی چاپ شد) در حالی كه كار آن ها در پكن توسط Zou و همكارانش پشتیبانی و حمایت شد. (كار آنها در دسامبر در یكی از روزنامه ها توضیح داده شد.) در ماه بعد، در نتیجه ی یك تلاش همكارانه بین Paul Chu از دانشگاه هوستون و Mang-Kang Wu از دانشگاه آلاباما، عضو جدیدی از خانواده مواد ابررساناهای دما بالا كشف شد ، YBa۲Cu۳O۷ كه دارای بالای ۷۰ درجه ی كلوین بود. بنابراین فقط در طی یك سال از كشف اصلی، دمای انتقال به حالت ابررسانایی افزایش سه برابر داشت. و واضح بود كه انقلاب ابررسانا ها هنوز شروع شده است. یك جشن برای بوجود آمدن این فصل در علم فیزیك طی یك جلسه در نیویورك توسط انجمن فیزیك دانان آمریكایی در یك بعد از ظهر یكی از روزهای مارس ۱۹۸۷ برگزار شد. این جشن ۳۰۰۰ شركت كننده داشت و ۳۰۰۰ نفر نیز این جشن را از طریق تلویزیون مشاهده می كردند ...
در طول شش سال بعد، چند خانواده ی دیگر از ابررسانا ها كشف شدند، كه شامل سیستمهای مبنی بر -Tl و -Hg می باشند، كه به ترتیب دارای حداكثر ۱۲۰ كلوین و ۱۶۰ كلوین می باشند. همگی آنها یك ویژگی كه موجب روی دادن ابررسانایی دمای بالا بود، داشتند، وجود پلین های (planes) شامل اتم های O و Cu ی كه جدا شده بوسیله ی مواد پل كننده ای كه به عنوان حامل بار عمل می كنند 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 كه ابررسانایی دمای بالا وابسته به مسائل بزرگ فیزیك بسیاری در طول دهه ی گذشته ی این قرن بود. حداقل چهار دلیل برای علاقه ی شدید به بالا وجود دارد : یك علاقه ی علمی ذاتی و باطنی، طبیعت انتقال نظم و ترتیبی، (این به حدود جدا كننده ی دانشمندان و شیمی دان های مواد از طریق فیزیكدان های نظری و تجربی می رسد) ؛ كاربردهای بالقوه برای مواد ی كه دردماهای بالاتر از ۷۷ كلوین (دمایی كه نیتروژن مایع می شود) به عنوان ابررسانا عمل می كنند، كاربردهایی كه می توان در سیستم های تلفن سلولی اعمال كرد، خطوط انتقال ابررسانایی، ماشین های MRI استفاده كنند از مغناطیس های بالا، میكروویو های استفاده كننده از مواد ابررسانای جدید، سیستم های ابررسانا/ نیمه رسانای هیبریدی؛ و در آخر پیدا كردن ابررسانای دمای اتاق.
برخی مشخصه ها و خواص ابررسانا های جدید عبارتند از اینكه آن ها سرامیك، و اكسید های ورقه ورقه می باشند كه در دمای اتاق فلزات ضعیف و بی ارزشی هستند، و مواد متفاوتی برای كار كردن هستند. شامل كمی حامل بار در مقایسه با فلزات معمولی هستند، و خواص انیسوتوروپیك (Anisotropic) الكتریكی و مغناطیسی هستند كه بطور قابل ملاحظه ای حساس به محتوای اكسیژن می باشند. در حالی كه، نمونه های ابررسانای مواد ۱-۲-۳ ، Yba۲Cu۳O۷ ، را یك دانش آموز دبیرستانی نیز می تواند در یك اجاق میكروویو تولید كند، كریستال های یكتای دارای درجه ی خلوص بالا برای تشخیص خواص فیزیكی ذاتی موادی كه ساختن آن ها به طور خیلی زیادی سخت است، لازم است.
در ادامه ی یك دهه كار، یك وفاق عمومی بر سر این موضوع وجود دارد كه رفتار تحریكات ابتدائی در پلین های (planes) ، Cu-O یك كلید برای درك خواص حالت عادی این ابررساناها ارائه می دهد، و اینكه آن خاصیت غیر حالت عادی شبیه به حالت عادی ابررساناهای معمولی و دمای پایین می باشند.
علاوه بر این، اساسا هیچ یك از خواص حالت ابررسانایی ، با خواص یك ابررسانای عادی یكی نیست، كه در آن جفت كردنتئوری BCS در حالت خط واحد اتفاق می افتد و شكاف انرژی ذرات quasi در دماهای پائین و ایزوتپریك، هنگامی كه یكی حول سطح فرمی حركت می كند، محدود می باشد. علی رغم این حقیقت كه چیزی نسبتا جدید و متفاوت نیاز است تا رفتار حالت عادی را درك كنیم، یك توافق و اجماع وجود دارد كه تئوری BCS ، اگر بطور مناسبی تغییر یابد، یك توضیح راضی كننده برای انتقال به حالت ابررسانایی و خواص مواد در آن حالت، می دهد .
یك توافق تقریبی همچنین در رابطه با اجزای سازنده ی پایه ی لازم برای درك ابررساناهای دمای بالا وجود دارد. آن ها را می توان به صورت زیر خلاصه كرد :
عمل ابتدا در پلین های Cu-O رخ می دهد، پس در تخمین اول، برای متمركز كردن هم توجه نظری و هم عملی روی رفتار تحریكات پلانار، و همچنین برای متمركز كردن بر روی دو سیستم مطالعه شده ، سیستم ۱-۲-۳ (YBa۲Cu۳O۷-m) و سیستم ۲-۱-۴ (La۲-mSrmCuO۴) ، كفایت می كند.
در دماهای پائین هر دو سیستم عایق های آنتی فرو مغناطیس می باشند با یك آرایه ی محلی +Cu۲ كه علامت آن در داخل شبكه متناوبا عوض می شود .
شخصی سوراخ هایی را بر روی پلین های Cu-O سیستم ۱-۲-۳ با تزریق اكسیژن ایجاد می كند، برای سیستم ۲-۱-۴ این كار با تزریق استرونتیوم انجام می گیرد. سوراخ های حاصل روی مقر پلانار اكسیژن ، با اسپین های نزدیك +Cu۲ پیوند پیدا می كنند، و حركت را برای دیگر اسپین های +Cu۲ آسان می سازد، و در روند، نابود كردن همبستگی های AF طولانی برد در عایق.
اگر كسی حفره های كافی را ایجاد كند، سیستم حالات پایه ی خود را از یك عایق به یك ابررسانا تغییر می دهد.
در حالت عادی مواد ابررسانا ، اسپین های +Cu۲ سیار، اما محلی یك مایع فرمی غیر مرسوم را تشكیل می دهند ، با اسپین های quasiparticle های نشان دهنده ی ارتباطات AF قوی، حتی برای سیستم های در سطح تخدیر كه از حدی كه ماكزیمم می باشد، تجاوز می كند ، موادی كه با نام فرا-تخدیر شناخته می شوند. اگر چه هیچ توافقی بین تئوریسین ها بر سر این كه چگونه یك توضیح نظریه ای دارای جزئیات برای curpate ها ارائه كنند. راهكرد هایی كه برای اینكار امتحان شد، را می توان به از پایین به بالا- یا از بالا به پایین رده بندی كرد. در راهكرد از بالا به پائین، یكی مدلی را كه از قبل وجود داشته را انتخاب می كند و راه حل هایی برای انتخاب های دیگر پارامترهای مدل را توسعه می دهد ، سپس تست می كند كه آیا این راه حل به نتایج منطبق بر شواهد و تجربیات رسیده اند یا نه. در یك راهكرد از پائین به بالا، یك از نتایج تجربی آغاز می كند و تلاش می كند تا یك توضیح پدیده ای از یك زیر مجموعه از نتایج تجربی را بدست آورد. سپس چند آزمایش دیگر را متناسب با توضیح بدست آمده انجام می دهد ، با ترتیب میكروسكوپی برای هر آزمایش، تا اینكه به نتایج مورد انتظار از محاسبات و مشاهدات دست بیابد. و فقط آن وقت، بدنبال یك مدل همیلتونی كه راه حلش ممكن است تئوری میكروسكوپی كامل را ارائه دهد، بگردد و جستجو كند. Jonh Bardeen از این راهكرد دوم برای كار كردن بر روی ابررساناهای عادی و مرسوم استفاده كرد ، و در دانشگاه اوربانا از روش و راهكرد او برای كار برروی ابررسانای دمای بالا استفاده كردند.

منبع : شبکه فیزیکی هوپا