انتشار این مقاله


دستاوردهای عظیم (۶۷): مولر، بدنورتس و کشف ابررسانایی دمابالا

در ۸ دسامبر ۱۹۸۷ Karl Alexander Müller و Georg Bednorz به پاس کشف ابررسانایی دمابالا در سرامیک‌ها برنده جایزه نوبل فیزیک شدند.

ابررسانایی یکی از پدیده‌های جذاب دنیای فیزیک است که از سال ۱۹۱۱ شناخته‌شده بود. ابررسانایی هنگامی رخ می‌دهد که یک ماده ابررسانا تا دمای بسیارکمی سرد شود و ناگهان شارش الکترون بدون هیچ مقاومتی صورت می‌گیرد.  همزمان با آن اتفاقی می‌افتد که به آن تاثیر Meissner گفته می‌شود، به این معنی که میدان مغناطیسی نمی‌تواند به ماده نفوذ کند و یا به مقدار بسیار کمی می‌تواند. تا ۱۹۷۳، تمام مواد ابررسانا باید تا دمایی سرد می‌شدند که فقط هلیوم با نقطه جوش ۲۶۹- توانسته‌‌بود محیط سرد مورد نظر را تامین کند. آرزوی بسیاری از محققان بود تا ماده‌ای را پیدا کنند که در دماهای بالاتر ابررسانا بماند.

در آوریل ۱۹۸۶ اندازه‌گیری‌هایی که برروی یک ماده اکسید توسط Georg بدنورتس و Alex Müller گزارش‌شده بودند، نشان می‌داد که تغییر حالت ماده به ابررسانایی ۱۲ درجه بیشتر از بالاترین دمایی بود که تا به آن زمان ثبت‌شده بود. بعدا در همان سال، این دو محقق ماده را خالص‌سازی کردند و خواص مغناطیسی مربوط به یک حالت مغناطیسی عینی را ظاهر ساختند.

این رویداد به مثابه بهمنی بود که باعث شد هزاران آزمایشگاه از سراسر جهان مواد مشابهی را بررسی کنند که بدنورتس و Müller بر روی آنها کارکرده‌بودند. دمایی که برای حالت گذر به ابررسانایی موردنیاز بود در همان ماه‌های اول ۱۹۸۷ در کشورهای ایالات متحده، چین، ژاپن و اروپا به ۹۰ درجه بالای صفر مطلق رسیده‌بود و به نظر نمی‌رسید که به این زودی‌ها پایان یابد. وسایلی که در آن ابررساناهای دمابالا به کار رفته‌‌بود با نیتروژن مایع قابل سردشدن بودند، که به طور قابل‌ملاحظه‌ای ارزان‌تر، موثرتر و قابل‌کنترل‌تر از هلیوم مایع بود.

رویکرد جدید بدنورتس و مولر این بود که از آلیاژهای نیمه‌رسانای مرسوم خلاص شوند، مثل آلیاژهای نیوبیوم-ژرمانیوم و نیوبیوم-قلع، و مطالعه‌شان را به اکسیدهای فلزی سوق دهند. گفته می‌شد که برخی اکسیدها می‌توانند الکتریسیته را از خود عبور دهند، ولی رسانایی معمولا بسیار محدود بود.

در نگاه اول اینکه چنین موادی بتوانند هنگام کاهش دما به حالت ابررسانایی گذر کنند، شگفت‌انگیز به نظر می‌رسید. با این حال Bendorz و مولر از سال ۱۹۸۳ بر روی اکسیدهای متنوعی کار کرده‌بودند( علاوه بر مس، نیکل و سایر عناصر خاکی کمیاب اکسیژن‌دار).

توانایی آن‌ها در گذر از محدودیت‌های مواد ابررسانا، درنتیجه کار سیستمیک، بینش عمیق و داشتن تجربه در حوزه مسائل ساختاری ماهیت شیمیایی و فیزیکی مواد جامد بود( و علاوه بر این‌ها، به عقیده برخی‌ها دارا بودن ویژگی‌های ادراکی یک دانشمند حقیقی هم دخیل بود). در کنار موارد گفته‌شده، این دو جرات امتحان راه‌های جدید را داشتند. استدلال آن‌ها این بود که اتم‌های مس یا نیکل در این مواد می‌توانستند الکترون‌ها را انتقال دهند که باعث می‌شود ارتباط قوی‌تری با کریستال اطرافشان(در نتیجه به دنبال آن با نوسانات ایجادشده توسط اتم‌های کریستالی) داشته‌باشند. این تعامل قوی، براساس تئوری کنونی، یکی از شرایط لازم برای ایجاد یک جفت الکترونی و حرکات بسیار هماهنگ‌شده‌ای است که برای ماندن در حالت ابررسانایی به آن نیاز دارند. برای به دست‌آوردن موادی که از لحاظ شیمیایی پایدار باشند و همزمان رسانایی را افزایش بدهند، Bendorz و مولر باریم را به کریستال‌های اکسید مس-لانتانیوم افزودند که در نهایت ترکیب La۱.۸۵Ba۰.۱۵CuO۴ بدست آمد و به عنوان اولین ابررسانای دمابالا معرفی شد.

در ۸ دسامبر ۱۹۸۷ Karl Alexander Müller و Georg بدنورتس به پاس کشف ابررسانایی دمابالا در سرامیک‌ها برنده جایزه نوبل فیزیک شدند.

محمد امین اکبرزاده


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید