الماس‌ها بهترین دوست دانشمندان کوانتومی هستند

این کشف ممکن است موجب تحول در صنایع پیشرفته شود، سامنات باتاچاریا، دانشگاه ویتس


پروفسور سامنات باتاچاریا در کنار محفظه رسوب بخار که به منظور تولید الماس در آزمایشگاه استفاده می‌شود.
صاحب امتیاز: دانشگاه ویتس
کشف خاصیت ابررسانایی چرخش سه‌گانه در الماس توانایی به وجود آوردن انقلابی درزمینه‌ی صنایع پیشرفته را داراست.
الماس‌ها از جایگاه ویژه‌ای در میان واژگان ما برخوردارند. قابلیت‌های بیشمار آن‌ها‌ اغلب نمونه‌ای عالی از کیفیت ، وضوح و سختی به شمار می‌آید.
گذشته از محبوبیت این ماده کمیاب در مصارف زینتی، این سنگ‌های نفیس در صنعت نیز از ارزش زیادی برخوردارند و از آن‌ها برای صیقل و برش مواد سخت و ساخت آشکارسازهای پرتویی استفاده می‌شود.
بیش از یک دهه‌ پیش، در هنگام افزودن غلظت‌های بالای بور به آن، ویژگی جدیدی در الماس کشف شد؛ ابررسانایی.
ابررسانایی زمانی رخ می‌دهد که دو الکترون با چرخش مخالف، جفتی را ( تحت عنوان جفت کوپر) تشکیل می‌دهند و منجر به صفر شدن مقاومت الکتریکی ماده می‌شوند. به عبارت دیگر جریانی عظیم در ماده شارش می‌کند و با خود ظرفیت کاربردهای پیشرفته فناوری را به همراه می‌آورد. اگرچه هنوز، تلاش زیادی در جهت بررسی و توصیف ماهیت ابررسانایی الماس و در نتیجه کاربردهای بالقوه آن، صورت نگرفته است.
در تحقیقی که به تازگی تحت سرپرستی پروفسور سامنات باتاچاریا در آزمایشگاه فیزیک نقل‌ و انتقالات نانو مقیاسNSTPL)، در دانشکده فیزیک دانشگاه ویتواترزند در ژوهانسبورگ، آفریقای جنوبی، به جزئیات پدیده‌ای تحت عنوان “ابررسانایی سه‌گانه” در الماس می‌پردازد.
ابررسانایی سه‌گانه زمانی رخ می‌دهد که الکترون ها به جای حرکت به صورت جفتی واحد در حالت چرخش مرکب حرکت می‌کنند. این حالتی بسیار کمیاب و در عین حال کارآمد از ابررسانایی است که تا به حال تنها در یک یا دو ماده دیگر و از نظر تئوری در الماس رخ داده است.


پروفسور سامنات باتاچاریا، در مجاورت یخچال رقیق‌سازی- قطعه‌ای تخصصی در تجهیزات که ویژگی‌های کوانتومی الماس را به فعلیت می‌رساند.
صاحب امتیاز: دانشگاه ویتس

باتاچاریا تصریح می‌کند: “در یک ابررسانای معمولی مانند آلومینیوم، ابررسانایی به واسطه‌ی میدان‌های مغناطیسی و ناخالصی‌های مغناطیسی از بین می‌رود، اما ابررسانایی سه‌گانه در الماس حتی در صورت ترکیب با مواد مغناطیسی می‌تواند همچنان وجود داشته باشد و موجب بهبود کارایی و عملکرد چند منظوره‌ی مواد بشود. “
کار این تیم به‌تازگی در مقاله‌ای در ژورنال جدید فیزیک تحت عنوان “تاثیرات جفت‌شدگی اسپین-مدار راشبا بر ابررسانایی لایه‌های نازک الماس آلاییده به بور” شواهدی از ابررسانایی سه‌گانه لایه‌ای” منتشر شده است.
این تحقیق با همکاری دانشگاه آکسفورد (انگلیس) و منبع نور الماس (انگلیس) انجام شد. از رهگذر این همکاری‌ها ، آرایش اتمی زیبا از کریستال‌های الماس و نقاط اتصالی که پیش‌تر دیده نشده بودند، تجسم یافت و از ادعاهای اولیه ابررسانایی “سه گانه” حمایت کرد.

آزمایشگاه فیزیک نقل‌ و انتقالات نانو مقیاس ویتس


پروفسور سامنات باتاچاریا و اعضای آزمایشگاه فیزیک نقل‌ و انتقالات نانو مقیاس ویتس. آن‌ها استاد یوریک هاردی، دکتر کریستوفر کلمن، کاییلی ماتیسون و استاد سامنات باتاچاریا هستند. صاحب امتیاز: دانشگاه ویتس

اثبات عملی ابررسانایی سه‌گانه الماس با هیجان زیادی برای باتاچاریا و تیمش همراه بود.
دیوی متسوکو می‌گوید: “ما حتی در روز کریسمس هم کار می‌کردیم، خیلی هیجان زده بودیم.” کریستوفر کلمن ادامه می‌دهد: “این ادعایی است که قبلاً در رابطه با الماس وجود نداشته است.” متسوکو و کلمن هر دو، همکار نویسنده‌ی مقاله هستند.
علی رغم شهرت الماس به عنوان منبعی بسیار نادر و گران قیمت، می‌توان آن‌ را در آزمایشگاه توسط قطعه‌ای تخصصی از تجهیزات به نام محفظه رسوب بخار تولید کرد.NSTPL ، آزمایشگاه فیزیک نقل‌ و انتقالات نانو مقیاس ویتس، اتاق رسوب پلاسما خود را توسعه داده است که امکان تولید الماس با کیفیتی بالاتر از حد معمول را برای آن‌ها فراهم می‌کند – آن‌ها را برای این قبیل تحقیقات پیشرفته ایده‌آل می‌کند. این یافته، کاربردهای بالقوه الماس را که در حال حاضر به عنوان ماده‌ای کوانتومی مورد توجه قرار گرفته را توسعه می‌دهد. باتاچاریا می‌گوید: “تمام فناوری‌های معمول بر پایه‌ی نیمه رساناهای وابسته به بار الکترون هستند. تا این لحظه، درک قابل قبولی از نحوه تعامل آن‌ها و چگونگی کنترلشان داریم. اما زمانی‌که ما بر حالت‌های کوانتومی مانند ابررسانایی و درهم‌تنیدگی کنترل داریم، ویژگی‌های فیزیکی بیشتری در رابطه با بار و چرخش الکترون‌ها وجود دارد و این خود دارای ویژگی‌های جدید است. با افزایش نوین مواد ابررسانا نظیر الماس، می‌توان فناوری سنتی سیلیکون را با راه‌حل‌هایی مقرون به صرفه و کم مصرف‌تر جایگزین کرد.”
اهمیت القاء ابررسانایی سه‌گانه در الماس چیزی فراتر از کاربردهای بالقوه آن است. و با درک اساسی ما از فیزیک سر و کار دارد. باتاچاریا می‌گوید: “تا همین لحظه، ابررسانایی سه‌گانه بیشتر به صورت تئوری بوده ، و این مطالعه فرصت آزمایش این مدل‌ها به صورت عملی را فراهم می‌کند.”

منابع: “تاثیرات جفت‌شدگی اسپین-مدار راشبا بر ابررسانایی لایه‌های نازک الماس آلاییده به بور: شواهدی از ابررسانایی سه‌گانه لایه‌ای” توسط سامنات باتاچاریا، دیوی متسوکو، کریستوفر آلن و کریستوفر کلمن، ۱۴ سپتامبر ۲۰۲۲، ژورنال جدید فیزیک.

 

 

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *