🔺 انقلاب در فیزیک ماده چگال: کشف کلید پنهان کنترل ابررساناهای دمای بالا در بی‌نظمی بلورها
🔹 در طول دهه‌ها تحقیق بر روی ابررساناهای نامتعارف، فیزیکدانان همواره بر این باور بودند که میزان الکترون‌های تزریق‌شده به ماده، عامل اصلی تقویت یا تضعیف خاصیت ابررسانایی است. اما پژوهشگران دانشگاه کرنل در مطالعه‌ای بنیادین که در نشریه آکادمی ملی علوم آمریکا PNAS منتشر شده، این فرض دیرینه را در یکی از شگفت‌انگیزترین ترکیبات کوانتومی یعنی «سلنید آهن» (FeSe) دگرگون کردند: متغیر اصلی در تعیین خواص این ابررسانا تعداد الکترون‌ها نیست، بلکه میزان موانع و بی‌نظمی‌های ساختاری در شبکه بلوری است.
❕ «گنبد ابررسانایی» چیست و چرا معمای فیزیکدانان بود؟
وقتی دانشمندان با افزودن الکترون خواص یک ماده را تغییر می‌دهند، دمای بحرانی ماده (دمایی که در آن مقاومت الکتریکی کاملاً صفر می‌شود) ابتدا افزایش می‌یابد، به یک نقطه اوج می‌رسد و سپس دوباره افت می‌کند. این نمودار قوسی‌شکل در فیزیک به «گنبد ابررسانایی» (Superconducting Dome) معروف است. در عموم ابررساناها، شکل این گنبد مستقیماً تحت فرمان تعداد الکترون‌هاست؛ اما در سلنید آهن تلاش‌ها برای فهم این فرآیند سال‌ها با بن‌بست روبرو شده بود، زیرا ساختار شیمیایی این ترکیب در برابر روش‌های سنتی افزودن الکترون مقاومت می‌کرد.
🔹 دانشمندان آزمایشگاه کایل شن برای شکستن این بن‌بست، روشی نوآورانه ابداع کردند. آن‌ها لایه‌های بسیار نازک سلنید آهن را با روشی بسیار دقیق موسوم به «باریکه‌مولکولی رونشست» (MBE) رشد دادند و سپس در شرایط خلأ فوق‌العاده بالا، اتم‌های سزیم را به آرامی روی سطح بلور نشاندند. این شیوه به آن‌ها اجازه داد بدون نیاز به ساخت صدها نمونه مختلف، به شکلی پیوسته الکترون‌ها را به ماده تزریق کرده و همزمان با پرتوافکنی، نحوه حرکت الکترون‌ها و تغییرات مقاومت الکتریکی را در یک آزمایش پیوسته زیر نظر بگیرند.
❕ نقش شگفت‌انگیز «بی‌نظمی بلوری» و مفهوم ابررسانای دمای بالا
در فیزیک، اصطلاح «دمای بالا» به معنای دمای اتاق نیست؛ بلکه به موادی اطلاق می‌شود که برخلاف ابررساناهای سنتی، نیازی به خنک‌سازی پرهزینه با هلیوم مایع ندارند و در دماهای بالاتر (محدوده نیتروژن مایع، حدود منفی ۲۰۰ تا منفی ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد) به مقاومت صفر می‌رسند. داده‌های به دست آمده از این آزمایش نشان داد که در سلنید آهن، دمای ابررسانایی مستقیماً با «بی‌نظمی شبکه بلوری» تنظیم می‌شود. بی‌نظمی یعنی جابه‌جایی جزئی اتم‌ها یا نقص در الگوی منظم بلور که مانند دست‌انداز جلوی حرکت الکترون‌ها را می‌گیرد. درحالی‌که در سایر مواد تصور می‌شد بی‌نظمی نقشی فرعی دارد، در این ترکیب مشخص شد که همین موانع فیزیکی فرمانروای اصلی گنبد ابررسانایی هستند.
🔹 این کشف مرزشکن ثابت می‌کند که قوانین فیزیک کوانتومی در ابررساناهای پایه آهن سازوکاری منحصر‌به‌فرد دارند؛ یافته‌ای که به نظریه‌پردازان کمک می‌کند مدل‌های نظری خود را اصلاح کرده و مهندسان را در طراحی ابررساناهایی پایدارتر برای ساخت شبکه‌های برق بدون اتلاف و آهنرباهای پرقدرت یاری رساند.
[منبع]
🆔 @Science_Focus
#فیزیک_کوانتوم #ابررسانایی #علم_مواد #فیزیک_ماده_چگال #فناوری #نانو
1September 29, 2026 105 2
