ساخت لایه‌های نازک ابررسانا

اخیراً دانشمندانی از آزمایشگاه ملی بروکهاون، متعلق به گروه انرژی ایالات متحده، گزارشی مبنی بر ساخت شکل جدیدی از پوشش‌های نازک دولایه ارئه کرده‌‌اند. هیچ کدام از لایه‌های این پوشش‌، خود ابررسانا نیستند؛ اما در سطح ‌مشترک این دو لایه، یک ناحیه ابررسانا با ضخامت نانویی وجود دارد. علاوه ‌بر این، این محققان نشان داده‌اند که می‌توان دمای ابررسانایی در این سطح را از ۵۰ درجه کلوین(۳۷۰ – درجه فارنهایت) بالاتر برد.

اخیراً دانشمندانی از آزمایشگاه ملی بروکهاون، متعلق به گروه انرژی ایالات
متحده، گزارشی مبنی بر ساخت شکل جدیدی از پوشش‌های نازک دولایه ارئه کرده‌‌اند.
هیچ کدام از لایه‌های این پوشش‌، خود ابررسانا نیستند؛ اما در سطح ‌مشترک این
دو لایه، یک ناحیه ابررسانا با ضخامت نانویی وجود دارد. علاوه ‌بر این، این
محققان نشان داده‌اند که می‌توان دمای ابررسانایی در این سطح را از ۵۰ درجه
کلوین(۳۷۰ – درجه فارنهایت) بالاتر برد.

یکی از اهداف اصلی در مسیر ساخت ابزارهای ابررسانای سودمند، دستیابی به موادی
است که در نانومقیاس، همانند ابررساناها عمل می‌کنند. این ابررساناهای
نانومقیاس در ابزارهایی چون ترانزیستورهای ابررسانا و نهایتاً در الکترونیک
فوق‌سریع و کم‌مصرف، سودمند واقع خواهند شد.

ایوان بوزوویک، فیزیک‌دان و رهبر این گروه، می‌گوید:«این کشف ثابت می‌کند که ما
قادریم در یک لایه فوق‌نازک با ضخامت یک تا دو نانومتر، ابررسانایی قدرتمندی در
سطح‌ مشترک دو لایه ایجاد کنیم. این لایه ابررسانا در نزدیکی مرز فیزیکی بین دو
ماده مذکور قرار دارد. کشف ما، دورنماهایی برای پیشرفت‌های بیشتر ایجاد می‌کند؛
مثلاً می‌توان با استفاده از این روش‌ها، به شکل قابل‌توجهی خصوصیات ابررسانایی
را در سایر ابررساناهای موجود و یا ابررساناهای جدید، ارتقا داد.» وی
افزود:«مطالعه بیشتر بر روی نحوه‌ِی بالا رفتن دمای ابررسانایی ممکن است
اطلاعاتی در مورد معمای بزرگ در اختیار ما بگذارد؛ این معما، مکانیزمِ حاکم بر
ابررسانایی دمابالاست که همچنان یکی از مهم‌ترین مشکلات حل‌نشده در فیزیک
ماده‌چگال به شمار می‌رود.»

این گروه در سال ۲۰۰۲ گزارش کردند که طبق مشاهداتشان، دمای بحرانی(که نمونه در
زیر آن، ابررساناست) در دولایه‌هایی از دو ماده مسی ناهمسان، می‌تواند ۲۵ درصد
ارتقا یابد؛ البته در آن زمان، آنها نمی‌دانستند که دلیل وقوع این پدیده چیست.
آنها برای بررسی‌های کامل‌تر، بیش از ۲۰۰ پوشش تک‌فازِ دولایه و سه‌لایه ساختند
و در آنها بخش‌های عایق، فلزی و ابررسانا را در تمام حالات ممکن و دارای
ضخامت‌ِ لایه متغیر با یکدیگر ترکیب کردند. این پوشش‌ها در یک سیستم رشد
هم‌بافته‌ی اشعه‌ی مولکولی اتمی‌ لایه‌به‌لایه منحصربه‌فرد، رشد داده شدند. این
سیستم را بوزوویک و همکارانش طراحی و ساخته بودند تا به‌وسیله آن، ساخت مصنوعی
پوشش‌های هموار اتمی و چندلایه‌هایی با سطح ‌مشترکِ بدون ‌عیب ممکن شود.
بوزوویک در این باره گفت:«بزرگ‌ترین چالش، اثبات قابل ‌قبولِ این مسئله بود که
پدیده ابررسانایی از ادغامِ ساده دو ماده(لایه) و تشکیل ماده سومی(که از لحاظ
شیمیایی و فیزیکی از لایه‌های سازنده قابل‌تمیز بوده و به شکل لایه سومی در بین
آنها قرار گرفته ‌باشد) ایجاد نمی‌شود.» همکاران بوزویک از دانشگاه کورنل با
استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری با دقت اتمی، این احتمال را رد کرده‌اند.

وی در مورد کاربردهای این کشف گفت:«هنوز برای برشمردن کاربردهای به دست‌آمده از
این تحقیق، بسیار زود است؛ اما ما تا این مرحله می‌توانیم تصور کنیم که این
کشف، ما را یک گامِ بزرگ، به ساخت ابزارهای ابررسانای سه‌پایانه‌ای سودمند
همچون ترانزیستور میدان‌اثرِ ابررسانا، نزدیک‌تر می‌کند.» در چنین ابزاری،
می‌توان به‌وسیله یک میدان الکتریکی خارجی که با اعمال یک ولتاژ کنترل می‌شود،
ترانزیستور را بین حالت‌های ابررسانایی و مقاومتی تغییر حالت داده، آن را
کلیدزنی کرد. مدارهایی که از چنین ابزارهایی ساخته می‌شوند، نسبت به مدارهای
مبتنی بر نیمه‌رسانای کنونی، بسیار سریع‌تر و کم‌مصرف‌ترند.

نتایج این تحقیق در نشریه Nature به چاپ رسیده‌است.