تبلیغات
مطالب اینترنتی - شناسایی یک الگوی مخفی در جدول تناوبی: کلید طلایی دستیابی به ابررسانایی

شناسایی یک الگوی مخفی در جدول تناوبی: کلید طلایی دستیابی به ابررسانایی

نویسنده : نویسنده چهارشنبه 5 اردیبهشت 1397 07:59 ب.ظ  •   


دانشمندان به یک الگوی مخفی در جدول تناوبی عناصر پی برده‌اند که می‌تواند نقطه‌ی عطفی در ساخت ابررسانایی با امکان کار در دنیای واقعی باشند.

فیزیک‌دان‌ها در نهایت توانسته‌اند با استفاده از الگوریتم‌هایی در بخش عجیبی از جدول تناوبی عناصر، پیش‌بینی کنند که کدام عناصر می‌توانند به‌منظور ایجاد ابررسانایی در دمای اتاق با هیدروژن ترکیب شوند. دستیابی به چنین ابررساناهایی با این شرایط یکی از اهداف اصلی در علم فیزیک است.

این رویداد فوق‌العاده هیجان انگیز است؛ زیرا یافتن ماده‌ای که بتواند الکتریسیته را با مقاومت صفر در دماهای بالا هدایت کند، می‌تواند به تولید دستگاه‌های فوق العاده کارآمد و شبکه‌های برق بهینه‌تر منجر شود. شبکه‌های برق فعلی تا ۷ درصد از انرژی خود را بر اثر مقاومت الکتریکی از دست می‌دهند.

پیش از این هم مواد ابررسانای زیادی شناسایی شده‌اند؛ اما آن‌ها باید تا دمای بسیار پایین سرد شوند یا این‌که تحت فشار شدید قرار بگیرند.

در حال حاضر، پژوهشگران موسسه‌ی فیزیک و فن‌آوری مسکو و اسکولتن روسیه، فرایندی را برای انتخاب نوع خاصی از فلزات جدول تناوبی، که به نام اکتینیدها شناخته می‌شوند، با پایداری کافی در شرایط خاص برای بروز خاصیت ابررسانایی طراحی کردند.

کار آنها هم‌اکنون منجر به کشف ماده‌ای شده است که می‌تواند به یک ابررسانای با دمای نسبی منفی ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد تبدیل شود، هرچند هنوز هم به فشار بالا برای فشرده شدن نیاز داریم.

اکتینیدها مجموعه‌ای از ۱۵ فلز با عدد اتمی بزرگ ۸۹ تا ۱۰۳ (اکتینیم تا لارنسیم) هستند که در کنار عناصر عجیب دیگر، یعنی لانتانیدها، قرار گرفته‌اند.

پژوهشگران با مشاهده‌ی هدایت الکتریسیته‌ی هیدرید‌های فلزی مختلف در دماهای خاص، گمانه‌زنی‌هایی پیرامون وجود الگویی وابسته به موقعیت‌های آن‌ها در جدول تناوبی کردند؛ اما ارتباط دقیق میان آن‌ها مشخص نیست.

عناصری در سری آکتینید هم با آزمون‌وخطا پیدا شدند که نشان می‌دهد این مکان مناسبی برای سرنخ‌ها است.

بنابراین گروهی از پژوهشگران به‌سرپرستی شیمیدان آرتم اوگانوف، برای حصول الگوریتمی تلاش کردند که بتواند خواص هیدریدهای اکتینید را با ابررسانایی آنها مطابقت دهد. اوگانو می‌گوید:

ایده‌ی واقعی ارتباط بین ابررسانایی و جدول تناوبی ابتدا توسط دیمیتری سمینوک، دانشجوی آزمایشگاه من، مطرح شد. قاعده‌ای که وی کشف کرد بسیار ساده و واقعا شگفت انگیز است و هیچکس آن را قبلا مشاهده نکرده است.

پیدا کردن راه‌هایی برای پیش‌بینی اینکه چه عناصری می‌توانند یک ماده‌ی ابررسانا ایجاد کنند، در جهانی که استخراج انرژی تا جای ممکن از منابع توان امری حیاتی تلقی می‌شود، چالش بسیار بزرگی است.

سیم کاملی را تصور کنید که الکترون‌ها در آن می‌توانند بدون برخورد با هیچ اتمی حرکت کرده و بدون هیچ‌گونه اتلاف انرژی به‌صورت گرما جریان یابند.

ابررساناها چنین روندی را با فراهم ساختن زمینه‌ی درهم‌تنیدگی الکترون‌ها با هم به‌منظور ایجاد یک جفت کوپر تسهیل می‌کنند؛

این جفت‌ها بایستی در نزدیکی یکدیگر نگه داشته شوند و این حالت در اکثر ابررساناها از طریق ارتعاشاتی در ساختارشان به‌نام فونون، حاصل می‌شود.

فونون‌ها ظریف و شکننده هستند؛ بنابراین این مواد باید به‌طور دقیق تا دمای منفی ۲۳۴/۵ درجه‌ی سانتی‌گراد سرد شوند.

همه‌ی این‌ فرایندها برای اجرا در یک آزمایشگاه خوب است؛ اما اگر می‌خواهید ابررسانایی را روی میز تحریرتان داشته باشید، سازوکاری باید فراهم باشد که نیازی به ابزارهای بزرگ و تجهیزات خنک‌کننده‌ی تخصصی نداشته باشد.

پژوهشگران از دهه‌ی ۱۹۸۰، برخی مواد ویژه را با قابلیت تشکیل جفت کوپر پایدار از طریق نوع دیگری از برهم‌کنش با الکترون‌هایشان، یافتند.

رکورد جدید برای گرم‌ترین ابررسانا سولفید هیدروژن (همان گاز تخم مرغ فاسد)، با توانایی ابررسانایی در دمای منفی ۷۰ درجه‌ی سانتی‌گراد، یافت شد که آن دما هم در محدوده‌ی نیتروژن مایع خنک‌کننده قرار می‌گیرد و از شرایط دنیای واقعی به‌دور است.

متاسفانه، برای انجام این کار، نیاز به فشاری معادل ۱/۵ میلیون اتمسفر هست.

با این حال، تلاش برای یافتن راه‌هایی برای ایجاد موادی با مقاومت صفر در دماهای نسبتا گرم، بدون نیاز به مقدار فشارهای بسیار زیاد ادامه دارد.

این الگوریتم جدید با استفاده از آرایش الکترون‌ها در عناصر سری اکتینیدها می‌تواندشرایطی را پیش‌بینی کند که جفت شدن با هیدروژن در آنها بتواند منجر به ایجاد یک شبکه‌ی ایده‌آل و منتهی به تعامل قوی الکترون‌فونون شود.

نتیجه‌ی کار آنها، کشف هیدرید‌های آکتینیوم ابررسانایی است که می‌توانند دارای دمایی تا منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد باشند.

البته هنوز هم برای ساخت آنها نیاز به فشار ۱/۵ میلیون اتمسفر داریم؛ اما داشتن کنترل بهتر در مورد چگونگی انتخاب و مطابقت عناصر برای ایجاد مواد ابررسانای گرم، یافته‌ی ارزشمند است که باید مورد توجه قرار گیرد.

در حالی که برای داشتن تکنولوژی بدون مقاومت در خانه‌هایمان هنوز موانع بسیاری پیش روی ما وجود دارد؛ کشف یک اصل کلی همانند ارتباط با آرایش دوره‌ای عناصر، قدم مهمی در ساخت چنین موادی است.



لینک منبع

مطلب شناسایی یک الگوی مخفی در جدول تناوبی: کلید طلایی دستیابی به ابررسانایی در سایت مفیدستان.



آخرین ویرایش: - -

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر