=خارق‌العاده‌ترین اکتشافات سوپریرساناها: تحولی در دماهای معمولی=

بررسی آنیزوتروپی نوری در ابررساناهای مس-اکسید

ابررساناهای مس-اکسید (CuO₂)، مانند Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ (Bi2212)، دارای دماهای بحرانی غیرمعمولاً بالایی هستند. اندازه‌گیری‌های بازتاب نوری Bi2212 نشان داده است که این ماده دارای آنیزوتروپی نوری قوی می‌باشد. با این حال، این موضوع از طریق اندازه‌گیری‌های عبور نوری مورد بررسی قرار نگرفته ‌است، در حالی که این روش می‌تواند بینش‌های مستقیم‌تری درباره خواص حجمی ارائه دهد.

تحقیقات جدید در مورد آنیزوتروپی نوری

اکنون محققان منشاء این آنیزوتروپی نوری را از طریق اندازه‌گیری‌های عبور نوری با نور فرابنفش و مرئی در بلورهای تک‌کریستالی Bi2212 که با سرب دوپ شده‌اند، روشن کرده‌اند. این تحقیقات امکان بررسی دقیق‌تری از مکانیزم‌های ابررسانایی این ماده را فراهم می‌کند. ابررساناها موادی هستند که وقتی به دماهای زیر یک دمای بحرانی سرد می‌شوند، بدون هیچ مقاومتی برق را هدایت می‌کنند. این مواد کاربردهای تحول‌آفرینی در زمینه‌های مختلف دارند، از جمله موتورها، ژنراتورها، قطارهای مغناطیسی با سرعت بالا و تصویربرداری تشدید مغناطیسی.

ویژگی‌های منحصر به فرد ابررساناهای CuO₂

در میان این مواد، ابررساناهای CuO₂ مانند Bi2212 به دلیل دماهای بحرانی بالایی که از حد نظری Bardeen-Cooper-Schrieffer فراتر می‌روند، متمایز هستند. با این حال، منشاء این ابررسانایی در ابررساناهای با دمای بالا، مانند Bi2212، یکی از معماهای جذاب فیزیک باقی مانده است. یک قطعه کلیدی از این معما در صفحه کریستالی دو بعدی CuO₂ این مواد نهفته است که به طور گسترده‌ای با استفاده از آزمایش‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

اندازه‌گیری‌های بازتاب نوری و آنیزوتروپی

اندازه‌گیری‌های بازتاب نوری، که نحوه بازتاب نور با طول موج‌های مختلف از صفحه کریستالی را از زوایای مختلف تحلیل می‌کنند، نشان داده است که Bi2212 در هر دو صفحه کریستالی “ab” و “ac” آنیزوتروپی نوری قابل توجهی را نمایش می‌دهد. آنیزوتروپی نوری به تغییرات در خواص نوری یک ماده بر اساس جهتی که نور از آن عبور می‌کند، اشاره دارد. اکنون، در حالی که اندازه‌گیری‌های بازتابی اطلاعات ارزشمندی را ارائه داده‌اند، بررسی نحوه عبور نور از یک کریستال در طول موج‌های مختلف از طریق اندازه‌گیری‌های عبور نوری می‌تواند بینش‌های مستقیم‌تری درباره خواص حجمی Bi2212 ارائه دهد. با این حال، چنین مطالعاتی پیش از این به ندرت انجام شده است.

تیم تحقیقاتی و نتایج

برای پر کردن این شکاف، یک تیم تحقیقاتی ژاپنی به رهبری پروفسور دکتر تورو آساHi، پژوهشگر دکتر کنتا ناکاگاوا و دانشجوی کارشناسی ارشد کیگو توکیتا از دانشکده علوم و مهندسی، سازمان تحقیقات جامع دانشگاه واسدا، منشاء آنیزوتروپی نوری قوی بلورهای تک‌کریستالی Bi2212 دوپ‌شده با سرب را با استفاده از اندازه‌گیری‌های عبور نوری فرابنفش و مرئی مورد بررسی قرار دادند.

این تحقیقات می‌تواند به درک بهتر مکانیزم‌های ابررسانایی و خواص نوری این مواد کمک کند و در نهایت به پیشرفت‌های بیشتری در فناوری‌های مرتبط با ابررساناها منجر شود.

تحقق ابررسانایی در دماهای اتاق

آقای آساHi اظهار می‌دارد: “دستیابی به ابررسانایی در دماهای اتاق مدت‌هاست که یک آرزو بوده و نیاز به درک مکانیزم‌های ابررسانایی در ابررساناهای با دمای بالا دارد. رویکرد منحصر به فرد ما در استفاده از اندازه‌گیری‌های انتقال نور فرابنفش-مرئی به عنوان ابزاری برای بررسی این مکانیزم‌ها در Bi2212، ما را یک قدم به این هدف نزدیک‌تر می‌کند.” این مطالعه که شامل پروفسور دکتر ماساکی فوجیتا از مؤسسه تحقیقاتی مواد در دانشگاه توهوکو نیز می‌شود، در تاریخ ۷ نوامبر ۲۰۲۴ در نشریه Scientific Reports منتشر شد.

تحقیقات قبلی و روش‌های جدید

در کار قبلی، محققان وابستگی طول موج آنیزوتروپی نوری Bi2212 را در دمای اتاق در راستای محور بلوری “c” آن بررسی کردند و از یک پلاری‌متر عمومی با دقت بالا استفاده نمودند. این ابزار قدرتمند امکان اندازه‌گیری همزمان انتقال نشانگرهای آنیزوتروپی نوری — دوشکست خطی (LB) و دوشکست خطی (LD) — را به همراه فعالیت نوری (OA) و dushkest ذایره‌ای (CD) در ناحیه نور فرابنفش تا مرئی فراهم می‌کند. یافته‌های قبلی آن‌ها نشان‌دهنده قله‌های قابل توجهی در طیف‌های LB و LD بود که فرض می‌شود ناشی از مدولاسیون غیرمتناسب ساختار بلوری Bi2212 است، که با تغییرات دوره‌ای مشخص می‌شود و با الگوی معمول آرایش‌های اتمی آن همخوانی ندارد.

بررسی آنیزوتروپی نوری بلورهای Bi2212

برای روشن شدن اینکه آیا این فرضیه درست است یا خیر، تیم تحقیقاتی در این مطالعه آنیزوتروپی نوری بلورهای Bi2212 حاوی سرب را بررسی کردند. آقای توکیتا توضیح می‌دهد: “مطالعات قبلی نشان داده‌اند که جایگزینی جزئی Bi با Pb در بلورهای Bi2212 مدولاسیون غیرمتناسب را سرکوب می‌کند.” به این منظور، تیم بلورهای استوانه‌ای تک‌تکه Bi2212 با محتوای سرب متغیر را با استفاده از روش منطقه شناور تولید کرد. نمونه‌های صفحه‌ای فوق‌العاده نازک که امکان انتقال نور فرابنفش و مرئی را فراهم می‌کنند، سپس از این بلورها با استفاده از نوار چسب محلول در آب به دست آمدند.

نتایج آزمایشات و اهمیت آن‌ها

آزمایشات نشان داد که قله‌های بزرگ در طیف‌های LB و LD به‌طور قابل توجهی با افزایش محتوای سرب کاهش می‌یابند، که با سرکوب مدولاسیون غیرمتناسب همخوانی دارد. این کاهش بسیار مهم است زیرا امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر OA و CD را در آزمایشات آینده فراهم می‌کند. در مورد این یافته‌ها، پروفسور دکتر آساHi می‌گوید: “این یافته امکان بررسی وجود یا عدم وجود شکست تقارن در فازهای شبه‌گپ و ابررسانایی را فراهم می‌کند که یک مسئله حیاتی در درک مکانیزم ابررسانایی با دمای بالا است. این امر به توسعه ابررساناهای جدید با دمای بالا کمک می‌کند.”