نانوتیوب‌های کربنی در دماهایی خاص، ابررسانا هستند

فیزیک‌دان‌ها موفق به شناسایی دمایی شده‌اند که در آن نانوتیوب‌های کربنی به ابررسانا تبدیل می‌‌شوند.

نانوتیوب‌های کربنی در دماهایی خاص، ابررسانا هستند

فیزیک‌دان‌ها موفق به شناسایی دمایی شده‌اند که در آن نانوتیوب‌های کربنی به ابررسانا تبدیل می‌‌شوند.

دانشمندان دانشگاه ایالتی یورال (UrFU) با همکاری دانشمندان دانشگاه ایالتی لومونوسف مسکو روشی محاسباتی یافته‌اند که به آن‌ها امکان می‌‌دهد دمایی را که نانولوله‌های کربنی تک‌جداره به ابررسانا تبدیل م‌شوند، محاسبه کنند. آن‌ها موفق شدند راهی بیابند که دمای مورد نظر را افزایش دهند و در عین حال کاربردهای جدیدی برای مواد ابررسانا یافتند. نتایج پژوهش آن‌ها در ژورنال Carbon منتشر شده است.

مواد ابررسانا می‌‌توانند بدون ایجاد مقاومت، الکتریسیته را از خود عبور دهند. از مواد ابررسانا در سیکلوترون‌ها، قطارهای مغناطیسی، خطوط انتقال نیرو و مگنت‌مترهای فوق حساس (ابزاری برای سنجش میدان مغناطیسی زمین) استفاده می‌ شود. اصلی‌ترین محدودیتی که در استفاده از ابررساناها داریم، دمایی است که مواد این خاصیت را بروز می‌دهند. خاصیت ابررسانایی مواد معمولا در دماهایی اندکی بالاتر از صفر مطلق (۲۷۳- درجه سانتی‌گراد) حاصل می‌شود. اگر ماده‌ای بتواند در دماهای منفی ۷۰ درجه سانتی‌گراد ابررسانا باشد، رکورد بسیار خوبی ثبت خواهد شد. بهترین ماده‌ای که خاصیت ابررسانایی دارد، هیدروژن سولفید منجمد تحت فشار خیلی زیاد است؛ این ماده در دمای منفی ۷۰ درجه سانتی‌گراد خاصیت ابررسانایی نشان می‌‌دهد.

دکتر چی هو ونگ، دانشجوی پسادکتری در دانشگاه ایالتی یورال و نویسنده‌ی همکار مقاله، می‌گوید:


ابررسانایی در دمای محیط از رؤیاهای بشریت است. اگر چنین چیزی ممکن بود، به‌عنوان مثال، گوشی همراه شما دیگر نیازی به شارژ شدن نداشت و الکتریسیته دائما جریان داشت.


خاصیت کربن در ایجاد صفحات گرافنی با ضخامت یک اتم (صفحات تک‌لایه‌ی گرافنی) توجه دانشمندان بسیاری را جذب کرده است. اگر این صفحات گرافنی صاف و تک اتمی را لوله کنید، به ساختار بسیار جالب دیگری خواهید رسید: نانوتیوب کربنی تک‌جداره (SWCNT). این ساختارها خاصیت کشسانی زیادی دارند، نور را به روشی غیر طبیعی بازتاب می‌دهند و در حوزه‌های زیادی، از الکتریسیته گرفته تا داروهای زیستی، کاربرد دارند. برخی از خواص اتم‌هایی که درون این لوله‌ها قرار می‌گیرند، تغییر می‌کند. مثلا ممکن است رفتار رسانایی اتم‌ها درون نانوتیوب‌ها تغییر کند. تغییر این خاصیت‌ها به جهت‌گیری شش‌ضلعی‌های تشکیل‌دهنده‌ی لایه‌ی کربن، پرشدگی لوله و اتم‌های دیگر عنصرهایی که درون نانوتیوب‌های کربنی قرار می‌ گیرند یا به آن متصل می‌‌شوند بستگی دارد.

نانوتیوب‌های کربنی تک جداره به‌عنوان ابررساناهایی بالقوه مورد بررسی قرار می‌گیرند. نانوتیوب‌های کربنی تک‌جداره فرق چندانی با مواد یک بعدی ندارند؛ چرا که قطر آن‌ها فقط چهار انگستروم (۰.۴ نانومتر) است. در دماهایی نزدیک به صفر مطلق، جفت الکترون‌های موسوم به کوپر در میان آن‌ها شکل می‌گیرد. اگر صفحات گرافنی انحنا نداشته باشند، جفت الکترون‌های کوپر شکل نمی‌گیرند و در نتیجه ابررسانایی ایجاد نمی‌شود.

آناتولی زاتسپین، سرپرست آزمایشگاه پژوهش‌های علمی در انستیتوی علم و فناوری دانشگاه یورال، می‌‌گوید:


وظیفه‌ی ما تغییر ساختار تک‌بعدی این مواد بود تا دمایی را که رفتار ابررسانایی مشاهده می‌شود افزایش دهیم. ما به این نتیجه رسیدیم که اگر نانوتیوب‌های کربنی تک‌جداره را به سمت بالا بپیچانیم، جفت الکترون‌های کوپر پایدار می‌شوند و ابررسانا شکل می‌گیرد. با این حال، حتی این ساختار بهبودیافته هم به دماهایی بسیار پایین نیاز دارد تا رفتار ابررسانایی بروز دهد؛ دماهایی در حدود ۱۵ درجه بیشتر از صفر مطلق (منفی ۲۵۸ درجه‌ی سانتی‌گراد).


فیزیکدان‌ها راهی برای این مشکل یافته‌اند. آن‌ها سیمی کربنی با ضخامت تنها یک اتم کربن را درون نانوتیوب‌های کربنی تک‌جداره قرار داده‌اند. اتم‌های این سیم کربنی با اتم‌های نانوتیوب کربنی پیوند تشکیل نمی‌دهند؛ اما باعث می‌شوند وضعیت هندسی و انعطاف‌پذیری نانوتیوب تغییر یابد.

در ادامه، تیم دانشگاه یورال، شکل زنجیره‌ی کربنی داخل نانوتیوب را تغییر داد و آن را از شکل مستقیم به حالت زیگزاگ تبدیل کرد. دمای ابررسانایی در حدود ۴۵ درجه افزایش داشت. آن‌ها برای دستیابی به بهترین حالت، زوایای فرم زیگزاگی را محاسبه کردند و زاویه ایده‌آل‌ را به دست آوردند. آن‌ها در پایان ثابت کردند که پیش‌بینی انجام‌شده توسط محاسبات کاملا درست بود.

منبع :



مشاوره تلفنی انتخاب رشته کنکور 97

با رتبه ام در کنکور 97 احتمال دارد در چه رشته و دانشگاهی قبول شوم؟
پاسخ به سوال های شما درباره سهمیه ها ،پردیس ،شبانه ، غیر انتفاعی و ...

از طریق تلفن ثابت در سراسر کشور بدون پیش شماره
با شماره 9099071219 تماس بگیرید
پاسخگویی 24 ساعته