مواد آلی و ابررسانایی

اَبَررسانایی حالتی در ماده است که در آن مقاومت الکتریکی ماده به صفر می‌رسد. ابررسانایی در اوایل فرن بیستم میلادی کشف شد، اما در آن موقع کاربرد نیافت، زیرا رسیدن به حالت ابررسانایی در مواد در دماهای بسیار پایین امکان‌پذیر بود. مثلاً جیوه در دمای منفی دویست و شصت و نه درجه‌ی سلسیوس ابررسانا می‌شود، درحالی که سرد کردن آن تا چنین دمای پایینی بسیار دشوار است. در سال 1986 میلادی، تحقیقات دو دانشمند آلمانی به نام‌های آلکس مولر و گئورگ بدنورتس، باعث ایجاد تحولی در ابررسانایی شد. آن‌ها توانستند ترکیبی سرامیکی بسازند که در دماهای بالاتر ابررسانا می‌شود. مطالعات بعدی، دمای ابررسانایی این ترکیب جدید را تا حدود نود و پنج درجه‌ی کلوین (حدود منهای صد و هفتاد و هشت درجه‌ی سلسیوس) بالا برد.
اکنون دانشمندان زیادی در تلاشند تا دمای ابررسانایی را باز هم بالاتر ببرند. اگر آن‌ها موفق شوند که در دماهای بالاتر – مثلاً دمای یخچال یا دمای اتاق – مواد را ابررسانا کنند، تکنولوژی دست‌خوش تحول بزرگی می‌شود. حذف مقاومت الکتریکی به معنای غلبه بر اتلاف برق در خطوط انتقال نیرو و نیز در تمام اسباب‌های برقی است. از سوی دیگر عدم وجود مقاومت به ما امکان ایجاد شدت جریان‌های بسیار بالای الکتریکی را می‌دهد که با آن‌ها (یعنی درحقیقت به وسیله‌ی ابررساناها) می‌توانیم میدان‌های مغناطیسی پرتوانی (در سیم‌لوله‌ها) تولید کنیم که در پزشکی و تشخیص طبی به کار می‌آیند.
در آینده ممکن است دانشمندان برای ساختن اَبَررساناهای گرم فقط به اکسیدهای سرامیک متکی نباشند. تاکنون محققان فکر می‌کردند که تنها اکسیدهای سرامیک برای ابررسانایی گرم مناسب‌ هستند، اما دانشمندان ژاپنی در دانشگاه توکیو ترکیبی ساختند که تا دمای بحرانی (Tc) 4ر11 کلوین در فشار متعارف، ابررسانا باقی می‌ماند. این ترکیب یک ترکیب آلی است. دمای بحرانی این ماده‌ی آلی، یعنی دمایی که ماده در آن ابررسانا می‌شود، ممکن است در مقایسه با ترکیب‌های سرامیک خیلی بالا نباشد، اما برای یک ماده‌ی آلی دمای بحرانی بالایی محسوب می‌شود. دماهای بحرانی که قبل از آن محققان برای مواد آلی به دست آورده بودند بین دو و هشت درجه‌ی کلوین بود.
این ترکیب که فرمول شیمیایی آن به صورت x-(BEDT-TTF)2CU(NCS)2 است، به دسته‌ای از مواد تعلق دارد که نمک‌های آلی با بنیان کاتیون نامیده می‌شوند. مولکول‌های این ترکیب شامل یک بنیان کاتیون آلی با بار مثبت هستند. این بنیان کاتیون یک الکترون جفت نشده دارد که با یک آنیون منفی ترکیب می‌شود. کاتیون متشکل است از حلقه‌های تختی با پیوندهای یک در میان تکی و دوتایی در میان اتم‌های کربن. در میان این حلقه‌ها می‌توان اتم‌های گوگرد، سلنیم، یا اکسیژن قرار داد. بیش‌تر دانشمندان به دلیل نحوه‌ی آرایش مولکول‌های این ترکیب‌ها، علاقه‌مند به تحقیق درباره‌ی آن‌ها هستند. مولکول‌های این ترکیب‌ها به صورت کاشی در کنار یک‌دیگر قرار می‌گیرند و به همین دلیل الکترون‌ها می‌توانند به اطراف حرکت و با یک‌دیگر برهم‌کنش کنند. این آزادی حرکت به خواص مفیدی چون فرومغناطیس و ابررسانندگی می‌انجامد.
در سال 1981، کلاوس بچگارد در انستیتو اورستد در کپنهاک و دنیس ژروم در دانشگاه پاریس اولین ترکیب ابررسانای با بنیان کاتیون را کشف کردند. این ترکیب مبتنی بود بر تترا-متیل-تترا-سلنا-فول‌ولن (TMT SF) و دمای بحرانی آن درحدود یک کلوین بود. دو سال بعد، محققان روس، وقتی ترکیباتی از این نوع را بر اساس گوکرد می‌ساختند دمای بحرانی را به دو برابر این مقدار رساندند. این ترکیب حاوی کاتیون بیس-اتیلن-دی-تیولو-تترا-تیا-فول‌ولن (BEDT-TTF) و آنیون تری‌یدید (I3-) بود. از آن زمان به بعد، محققان به امید ساختن یک ترکیب عالی معجزه‌آسا، که بتواند در دمای اتاق ابررسانا شود، کاتیون را اصلاح و آنیون را تغییر می‌دهند. غالباً نتیجه‌ی این تحقیقات محدود بوده است. یکی از بالاترین مقادیر دمای بحرانی که در این تحقیقات از یک ترکیب حاوی ید، (BEDT-TTF)I3 به دست آمد برابر هشت کلوین بود.
پژوهشگری به نام جک ویلیامز، افراد تیم تحقیقاتی‌اش را تشویق کرد تا ترکیب‌های حاوی BEDT-TTF و آنیون‌های مبتنی بر تیوسیانات فلزی، M(NCS)2، از گروه پلاتین فلزات را بررسی کنند. فلزات این گروه عبارتند از مس، نقره، و طلا. ویلیامز و همکارانش قبلاً یک ترکیب ابررسانای حاوی طلا و ید (BEDT-TTF)2AUI2 ساخته بودند. این پژوهشگران، همراه با محققی به نام وانگبو در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، پیش‌گویی کرده بودند که این مواد خواص الکترونی و ساختاری لازم برای تولید دماهای بحرانی تا چهل کلوین را دارند. ویلیامز این پیش‌گویی‌ها را در جلسه‌ای در ژاپن مطرح کرد. یک دانشجوی محقق ژاپنی به نام هاتسومی اورایاما در کیوتو، که در آزمایشگاه محقق دیگری کار می‌کرد، ترکیبی حاوی تیوسیانید مس ساخت. آن‌ها سرانجام به ماده‌ای دسترسی پیدا کردند که دمای بحرانی آن برابر با یازده و چهاردهم کلوین بود. تحقیقات بیش‌تر نشان داد که این ترکیب دارای بعضی خواص فیزیکی و الکتریکی غیرعادی است. به هر حال، دانشمندان امیدوارند که بتوانند دمای بحرانی ابررساناهای آلی را به مقدار زیادی افزایش دهند. برای رسیدن به این هدف، پژوهشگران در سراسر دنیا دست اندر کار تغییرات جدیدی در نمک‌های آلی با بنیان کاتیون هستند.
منبع: راسخون