محققان دانشگاه علوم پایه زنجان، مدلی را ارئه نموده‌اند که مستقل از نوع ماده، امکان تشکیل خاصیت ابررسانایی در دمای بالا را بیان می‌کند. از ایده این طرح می‌توان در ساخت نانوقطعات الکترونیکی مختلف در صنایع الکترونیک و مخابرات استفاده کرد.
تقویت خاصیت ابررسانایی در دماهای بالا
محققان دانشگاه علوم پایه زنجان، مدلی را ارئه نموده‌اند که مستقل از نوع ماده، امکان تشکیل خاصیت ابررسانایی در دمای بالا را بیان می‌کند. از ایده این طرح می‌توان در ساخت نانوقطعات الکترونیکی مختلف در صنایع الکترونیک و مخابرات استفاده کرد.
خاصیت ابررسانایی به واسطه کاربردها فراوان از قبیل، ساخت ترانسفورماتورها و ژنراتورهایی با بازده بالا و قطارهای پرسرعت، بسیار با اهمیت است. به همین دلیل چگونگی پیدایش این پدیده در مواد و شرایط جدید، یکی از اهداف اصلی پژوهشگران در شاخه‌ی فیزیک دمای پایین است. در این میان، از جمله موادی که توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است، یک لایه گرافیت به ضخامت تک اتم با نام گرافین است.
دکتر میروحید حسینی، استادیار گروه فیزیک دانشگاه زنجان، اهمیت انجام این تحقیق را اینگونه عنوان کرد: «یکی از دلایل عدم استفاده از ویژگی ابررسانایی در فناوری‌های روزمره این است که، این پدیده با افزایش دما تخریب می‌شود. از طرفی، فراهم آوردن شرایط دمایی سرد برای ایجاد خاصیت ابررسانایی، بسیار پر هزینه است. تلاش برای ساختن ابررساناهایی که در دماهای مناسب فعال باشند، با شدت تمام در حال انجام است. اکثر محققین، با ترکیب کردن مواد مختلف سعی در ساختن ابررساناهای دمای بالا دارند. در این تحقیق، مدلی معرفی شده است که، مستقل از نوع ماده، امکان تشکیل ابررسانایی در دمای بالا را نوید می‌دهد.»
نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که، امکان تشکیل ابررسانایی بین لایه‌ای در نانوساختارهای گرافینی وجود دارد. در این نوع از ابررسانایی، حامل‌های باری که چگالیده می‌شوند و در ایجاد ابررسانایی نقش دارند، متعلق به لایه‌های مختلفی از گرافین دولایه هستند. این ابررسانایی دارای تقارن منحصر بفردی است، که سبب می‌شود چنین پدیده‌ای، در دماهایی بالاتر از دمای صفر درجه کلوین بهتر احیاء شود. تا کنون تصور حاکم بر پدیده ابررسانایی این بوده است که، در دماهایی بالاتر از دمای صفر درجه کلوین، خاصیت ابررسانایی باید تضعیف شده و از بین برود.
با داشتن ابررساناهای دمای بالا، لوازم الکترونیکی روزمره و خطوط انتقال نیرو، اتلاف انرژی بسیار کمی خواهند داشت و این به معنای کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها است. از طرف دیگر، اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از مصرف بی‌رویه انرژی نیز، کاهش می‌یابد.
همچنین، با تکیه بر این نتایج می‌توان حسگرهای مغناطیسی بسیار دقیقی طراحی کرد که، بتوانند امواج مغناطیسی بسیار ضعیف مغز را اندازه‌گیری کنند و با بررسی ساز وکار مغز، قادر به تشخیص بیماری‌های آن باشند.
حسینی در ادامه افزود: « بطور کلی ابررسانایی یک پدیده‌ی منظم به‌حساب می‌آید. پدیده‌های منظم را توسط کمیتی بنام پارامتر منظم مشخص می‌کنند. پارامتر منظم دارای تقارن‌های خاصی است که، توسط قوانین مکانیک کوانتوم حاکم بر سامانه‌های کوچک مقیاس (نانو مقیاس) تعیین می‌شوند. به دلیل نانو ساختار شبکه لانه زنبوری گرافین و چیدمان ویژه‌ای که گرافین دو و چند لایه دارد، ابررسانایی بین لایه‌ای معرفی شده، دارای ویژگی منحصر بفردی است. به عبارتی این ابررسانایی بین لایه‌ای، دارای تقارن موج-اس با حالت اسپینی سه گانه است. چنین ابررسانایی با این تقارن عجیب، برای اولین بار توسط این تحقیق معرفی شده است.»
نتایج این کار تحقیقاتی که حاصل همکاری دکتر میروحید حسینی و مرحوم دکتر مالک زارعیان است، در مجله Physical Review Letters ( جلد۱۰۸، شماره ۱۴، ماه آوریل، سال ۲۰۱۲، صفحات ۱۴۷۰۰۱ تا ۱۴۷۰۰۵) به چاپ رسیده است.
خاصیت ابررسانایی به واسطه کاربردها فراوان از قبیل، ساخت ترانسفورماتورها و ژنراتورهایی با بازده بالا و قطارهای پرسرعت، بسیار با اهمیت است. به همین دلیل چگونگی پیدایش این پدیده در مواد و شرایط جدید، یکی از اهداف اصلی پژوهشگران در شاخه‌ی فیزیک دمای پایین است. در این میان، از جمله موادی که توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است، یک لایه گرافیت به ضخامت تک اتم با نام گرافین است.
دکتر میروحید حسینی، استادیار گروه فیزیک دانشگاه زنجان، اهمیت انجام این تحقیق را اینگونه عنوان کرد: «یکی از دلایل عدم استفاده از ویژگی ابررسانایی در فناوری‌های روزمره این است که، این پدیده با افزایش دما تخریب می‌شود. از طرفی، فراهم آوردن شرایط دمایی سرد برای ایجاد خاصیت ابررسانایی، بسیار پر هزینه است. تلاش برای ساختن ابررساناهایی که در دماهای مناسب فعال باشند، با شدت تمام در حال انجام است. اکثر محققین، با ترکیب کردن مواد مختلف سعی در ساختن ابررساناهای دمای بالا دارند. در این تحقیق، مدلی معرفی شده است که، مستقل از نوع ماده، امکان تشکیل ابررسانایی در دمای بالا را نوید می‌دهد.»
نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که، امکان تشکیل ابررسانایی بین لایه‌ای در نانوساختارهای گرافینی وجود دارد. در این نوع از ابررسانایی، حامل‌های باری که چگالیده می‌شوند و در ایجاد ابررسانایی نقش دارند، متعلق به لایه‌های مختلفی از گرافین دولایه هستند. این ابررسانایی دارای تقارن منحصر بفردی است، که سبب می‌شود چنین پدیده‌ای، در دماهایی بالاتر از دمای صفر درجه کلوین بهتر احیاء شود. تا کنون تصور حاکم بر پدیده ابررسانایی این بوده است که، در دماهایی بالاتر از دمای صفر درجه کلوین، خاصیت ابررسانایی باید تضعیف شده و از بین برود.
با داشتن ابررساناهای دمای بالا، لوازم الکترونیکی روزمره و خطوط انتقال نیرو، اتلاف انرژی بسیار کمی خواهند داشت و این به معنای کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها است. از طرف دیگر، اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از مصرف بی‌رویه انرژی نیز، کاهش می‌یابد.
همچنین، با تکیه بر این نتایج می‌توان حسگرهای مغناطیسی بسیار دقیقی طراحی کرد که، بتوانند امواج مغناطیسی بسیار ضعیف مغز را اندازه‌گیری کنند و با بررسی ساز وکار مغز، قادر به تشخیص بیماری‌های آن باشند.
حسینی در ادامه افزود: « بطور کلی ابررسانایی یک پدیده‌ی منظم به‌حساب می‌آید. پدیده‌های منظم را توسط کمیتی بنام پارامتر منظم مشخص می‌کنند. پارامتر منظم دارای تقارن‌های خاصی است که، توسط قوانین مکانیک کوانتوم حاکم بر سامانه‌های کوچک مقیاس (نانو مقیاس) تعیین می‌شوند. به دلیل نانو ساختار شبکه لانه زنبوری گرافین و چیدمان ویژه‌ای که گرافین دو و چند لایه دارد، ابررسانایی بین لایه‌ای معرفی شده، دارای ویژگی منحصر بفردی است. به عبارتی این ابررسانایی بین لایه‌ای، دارای تقارن موج-اس با حالت اسپینی سه گانه است. چنین ابررسانایی با این تقارن عجیب، برای اولین بار توسط این تحقیق معرفی شده است.»
نتایج این کار تحقیقاتی که حاصل همکاری دکتر میروحید حسینی و مرحوم دکتر مالک زارعیان است، در مجله Physical Review Letters ( جلد۱۰۸، شماره ۱۴، ماه آوریل، سال ۲۰۱۲، صفحات ۱۴۷۰۰۱ تا ۱۴۷۰۰۵) به چاپ رسیده است.
