مترجم: زهرا هدایت منس
منبع:راسخون
منبع:راسخون
تلاش برای یافتن موادی که پدیده شایان توجه ابر رسانایی را که (اکنون بیش از صد ساله است) از حول و حوش دمای 4 کلوین (که در آن جیوه ابر رسانا می‌شود) به دمای بیشتر ببرند، کاری طولانی و دشوار بوده است. بعد از کشف ابر رسانایی در NbTi و ساختن سیم ابر رسانا، در آزمایشگاههای تحقیقاتی امکان پذیر شد. اخیراً نیز، در حوزه پزشکی، شاهد بودیم که آهن رباهای قوی برای روبش NMR بدن به بیمارستانهای سطح بالا، راه یافتند. با وجود این مانع اصلی در کاربرد وسیع سرمازایی هلیو مایع و هزینه زیاد آن بوده است.
بحثهای مربوط به انتقال نیرو و استفاده از تعلیق در حمل و نقل با قطارهای سریع السیر، هنوز بحثهای آکادمیک است.
رقابت شدید میان آزمایشگاههای بل و آی بی ام سبب شد که در میانه دهه 1970 دمای گذر ابر رسانش به حوزه دمای هیدروژن مایع برسد. ماده ابر رسانا از خانواده ابر رساناهای 815 بود که V3Siو Nb3Snرا هم شامل می‌شد. سعی شده بود که ترکیب این ماده خیلی شبیه Nb3Ge باشد. دمای ابر رسانش 2 ر32 کلوین بود. اما به رغم امیدهایی که (خواه واقعی خواه واهی) به Nb3Si و MoN با فازهای شورال PbMo6Se8 بسته می‌شد، "رکود" دمای ابر رسانش در 2 ر 23 کلوین متوقف ماند. در دهه 1970 توجه اصلی به فلزات آلی جدید معطوف شد. در اوایل دهه 1980 بود که ابر رسانایی در این مواد عجیب مشاهده شد. دمای گذر 8 کلوین برای (BEDT-TTF)2I3به دست آمد که دستاوردی قابل توجه بود ولی از نظر صنعتی اهمیت نداشت.
این روزها وضع کاملاً عوض شده است.
بدنورتس و مولر از آی بی ام زوریخ در سال گذشته مقاله ای منتشر کردند که روال تازه ای را در پژوهش مواد بنا نهاد و انتظار می‌رود که در سالهای آینده اهمیت خیلی زیادی پیدا کند. در آوریل سال گذشته جو و همکارانش در هوستون به دمای ابر رسانش 30 کلوین دست یافتند. کاوا و همکارانش در آزمایشگاههای بل به دماهای 35، 40 و 50 کلوین رسیدند. محققان ژاپنی و چینی که دست اندر کار بودند هنوز نتایجشان چاب نشده است. گفته می‌شود که آنان به دمای 70 کلوین رسیده اند.این طلای جدید، زوریخ، چه معجونی است؟ این معجون آمیزه ای است از O,Cu,Ba,Laکه خاصیت فلزی آن را قبلاً پژوهشگران دانشگاه کان آشکار کرده اند (ولی آنان این ماده را به دماهای کمتر از 77 کلوین نبردند). ماده ای بود چند فازی که جزء فعال آن La2CuO4 است.
La2CuO4"پرووسکیت لایه‌ای" با ساختمان چهار گوشه ای است. این به اصلاح ترکیب دو ظرفیتی مس خواصی دارد که سخت تابع بی نقصی زیر شبکه اکسیژن است. این بی نقصی به نوبه خود بستگی به شرایط اکساینده ای دارد که در آن ماده تکلیس و کلوخه ای می‌شود و در دمای زیاد تحت فشار قرار می‌گیرد. وقتی فلزی دو ظرفیتی نظیر باریوم، استرانسیوم یا کلسیوم جانشین لانتانوم سه ظرفیتی می‌شود، شبکه نقص پیدا می‌کند. اثر دیگر این جانشینی تغییر ظرفیت اسمتCu از Cu2+ :Cu3+ است. صعود سریع دمای گذر ابر رسانش، معلول بهره برداری از این متغیرهای متعددی است که شیمی‌حالت جامد این مواد در اختیار محققان قرار داده است.
اگر بشود دمای ابر رسانش را به 77 کلوین (نقطه جوش نیتروژن مایع) رسانید، نتایج صنعتی حاصل بی اندازه زیاد خواهد بود. نیتروژن مایع را می‌توان ساعتها در ظرفهای پلی استیر بن ذخیره کرد! دشواریهای سرمازایی هلیوم مایع و هیدروژن مایع از میان می‌رود. گر چه هنوز به این هدف نرسیده ایم ولی امید رسیدن به آن واقعی است.
پدیده‌های مشاهده شده همانهایی است که از یک ماده ابر رسانای خوب انتظار می‌رود. از این جمله است اثر معروف مایسنر، که در آن شار مغناطیسی از فلز ابررسانا دفع می‌شود. این اکسید چه نوع فلزی است؟ آیا منشأ ابر رسانش در آن، همان است که جیوه وNbTi, Nb3Ge را ابر رسان می‌کند، یا نوع جدید و عجیب تری است که در فلزات آلی و هیدروژن فلزی انتظار می‌رود؟ ابر رسانش در فسفر و سیلیس فلزی در فشارهای زیاد، حیرت آور بود و در اکسیدهایLiTi2O4 با ظرفیت مخلوط. گر چه بدواً امید بخش می‌نمود ولی نهایتاً به دماهای کمتر از k20محدود شد. آیا آن چه در ابر رسانیهای قبلی تفاوت دارد؟ اکسیدهای نظیر RuO2 یا ReO3فلزهای خوبی به شمار می‌آیند ولی معمولاً ابر رسانا نیستند. بسیاری از اکسیدهایی که فلزند (نظیرCrO2 , LaRuO3) مغناطیسی بودن امکان ابر رسانش را منفی می‌کند. LaCu3+O3 , La2Cu2+O4هیچ کدام، علی رغم آن که فلزی و غیر مغناطیسی اند، ابر رسانا نیستند. به علاوه La1/0 ,Sr1/0 , CuO4نه تنها فلز نیست بلکه یک عایق موت مغناطیسی Cu3+است. نزدیک بودن به حالت جاگزیدگی از عواملی است که حساسیت الکتریکی سیستم مورد نظر را به بی نظمی‌زیاد می‌کند، خواه این بی نظمی‌در زیر شبکه کاتیونی باشد خواه در زیر شبکه آنیونی. در این جا باید به برتری Sr بر Ba در جانشینی اشاره کرد.
ابر رسانایی Li0.9 Mo6 O17 , LiTi2O4 یا Ba(Pb/Bi)O3حاکی از این است که باید اهمیتی برای ظرفیت مخلوط قائل شد. در این صورت جای خوش وقتی است که یونهای Cu3+ , Cu2+در ترکیبهای مربوط، در عین حال که چگالی زیاد می‌شوند، الکترونی یک عنصر 3dرا موجب می‌شوند، حامل گشتاوری مغناطیسی نیستند که باعث اختلال ابر رسانش شود.
CuSنیز ترکیبی است با ظرفیت مخلوط که ابر رساناست ولی نه خیلی زیاد. البته مزیت اکسیدها امر واضحی است: یون اکسید سبک است، از این رو فرکانش متوسط ارتعاش شبکه ای آن بیشتر خواهد بود. به علاوه این سبک بودن سبب تقویت گرایشهایی در مدهای نرم می‌شود که در فازهای خالص به اثر یان – تلر، امواج چگالی بار و فرو الکتریسیته می‌انجامند.
چنین به نظرمی‌رسد که ویژگیهای کوتاه برد سیستم مورد مطالعه از این نظر که عملاً مانع ایجاد این قبیل ناپایداریها در مقیاس ماکروسکوپیک می‌شود، بسیار مهم است. در این صورت، رشد موفقیت آمیز یک تک بلور ممکن است آثار مشاهده شده را مختل کند. قرائنی موجود است که چنین نیست، و عامل اصلی، بی نظمی‌ظرفیت داخلی است نه سرشت سرامیکی یا چند فازی. نمونه‌های موجود.
به نظر من نکته مهم این است که ببینیم آیا هیچ قرینه ای دال بر تفکیک ظرفیت یا سوا سازی (به میزان بسیار کم) در داخل آرایه مس وجود دارد یا نه. کوئوردیناسیون اتمهای Laیا Srنه گانه است و فاصله این اتمها از اتمهای Cuبسیار زیاد است.
قبلاً برای توضیح اثر موقتی شبه مایسنری در CuClآبدیده (تحت فشار)، مکانیسمی‌براساس اکسایش خود به خود ارائه شده بود که ریشه در کارهای تجربی بسیار جالب توجه روساکوف، جو، و گبال و همکارانشان داشت. آثار مشابهی نیز بعداً در CdSمشاهده شد که با واکنش موضعی CdS→Cd+CdS2ارتباط داشت.
آن چه در این ماده جدید روی می‌دهد این امتیاز بزرگ را نسبت به CdS , CuClدارد که ماده میزبان La2CuO4فلزی است، گر چه یک فلز معمولی نیست. (ضریب "سی بک" ترموالکتریک آن 300µVK-1است).
بدین طریق این ماده جدید زنجیره خواص و شرایط بسیار جالب توجهی را در اختیار ما قرار می‌دهد. جای تعجب نیست که هفتاد و هفت سال پس از کشف ابر رسانایی توانسته ایم چنین ماده ای را کشف کنیم. به امید آن که این ماده انتظاراتی را که برانگیخته است، برآورد و ازحد یک کنجکاوی آکادمیک فراتر رود.
/ج
