امكان ابر رسانایی نانو لوله های كربنی در دمای اتاق
توضیحی مختصر:ابر رسانایی در دماهای بسیار پایین رخ میده تازه بعضی عناصر در دماهای بسیار پایین باز هم به دلیل پدیده ی ناکاملی ابر رسانا نمیشن.اما حالا میبینیم که در دمای ۲۵ درچجه ی اتاق هم میشه ابر رسانا داشته باشیم:
كشف ابر رسانایی دماهای بالا در تركیبات سرامیكی در سال 1986 و افزایش سریع دمای بحرانی در آنها امید های زیادی را برای رسیدن به ابر رسانایی در دمای اتاق به دنبال داشت.
این امید با توقف روند افزایشی دمای بحرانی به فراموشی گرایید. كشف ابر رسانایی در تركیب های فلورنها و به دنبال آن در نانو لوله های كربنی دسته ی جدیدی از ابر رسانا ها را به دنیای فیزیك معرفی كرد. امكان ابر رسانایی نانو لوله های كربنی در دمای اتاق امید تازه ای را برای فیزیك دانان به دنبال داشته است. این امید با توجه به مطالعات نظر ی كه می گوید در سیستمهای شبه یك بعدی امكان بروز ابر رسانایی حتی با 500 كلوین وجود دارد بیشتر می شود.
كشف ابر رساناهای سرامیكی گرم در سال 1986 را انقلاب علمی قرن بیستم نام نهادند و ارزش آن را حتی از كشف ترانزیستور بالاتر پنداشتند. جایزه نوبل سال 1987 نیز به كاشفان آن تعلق گرفت. پیشرفت های زیاد در ساخت ابر رساناهای گرم و امید رسیدن به تركیبی كه بتواند در دمای اتاق ابر رسانا باشد دنیای فیزیك را به فعالیتی شبانه روزی واداشت.طی 5 سال بعد از كشف ابر رساناهای گرم دمای بحرانی ابر رسانایی در تركیبات جیوه دار به 134 درجه كلوین رسید ؛دمایی كه 5 سال پیش در تصور هیچ فیزیك دانی نمی گنجید و متاسفانه این دمای بحرانی هنوز به صورت یك ركورد باقی مانده است و تركیب جدیدی با دمای بحرانی بالاتری كشف نگردیده است. این ركورد قدری فعالیت فیزیكدانان را در این ضمینه كمتر كرد و كم كم این سوال پیش آمد كه برای رسیدن به ابر رسانایی دمای اتاق باید سیستم های سرامیكی را كنار گذاشت و به سراغ سیستم های جدیدی رفت؟ با كشف ابر رسانایی در فولرنها و نانو لوله های كربنی حوزه ی جدید در فیزیك گشوده شد. پس از كشف كربن 60 در سال 1985 توسط كروتو و همكارانش از دانشگاه ساسكس و با توجه به كاربردهایی كه برای آن متصور شدند مجددا آن را انقلاب علمی جدیدی پنداشتند. آلاییدن كربن 60 با فلزات قلیایی خاكی ابر رسانایی را به دنبال داشت.در تركیبات A360 فلرات قلیایی خاكی ابر رسایی تا 33k در تركیب C60/CHBr3 به ترتیب در 70 و 117 درجه كلوین مشاهده گردید.
آنچه كه موضوع را مهیج می كند امكان بروز ابر رسانایی نانولوله های كربنی در دمای اتاق است. ابر رسانایی دمای اتاق كه فیزیك دانان آن را در سیستم های سرامیكی كه آن را با كشف ابر رسانای گرم مقایشه می كنند.
در سال1991 محققین ژاپنی در حین ساخت كربن 60 اشیای سوزنی شكلی بر روی الكترود منفی دستگاه ایجاد كننده ی قوس الكتریكی یافتند.آزمایش های متعدد نشان داد كه این اشیاء سوزنی شكل صفحات گرافیتی لوله شده های هستند كه دارای قطری در حدود 1 نانو متر و طولی در حد میكرومتر هستند. این نانو لوله ها كه می تواند تك جداره و یا چند جداره باشند دارای نوك مخروطی شكل و بسته ای هستند و ایت امكان را دارند تا با روشهای شیمیایی باز شده و با ذخیره كردن مواد خاصی در آنها مثل نیتروژن و یا لیتیم از آنها به عنوان پیل های سوختی با عمر طولانی و یا كابردهای متعدد دیگر استفاده كرد.مطالعه فیزیكی این نانو لوله ها با ضخامت بسیار كم به عنوان یك سیستم شبه یك بعدی مورد توجه شدید فیزیك دانان قرار گرفته است. عامل بروز ابر رسانایی مدهای پلاسمونی آكوستیكی غیر میرا در سیستم سبه یك بعدی می باشد. علاوه بر این ابر رسانایی دمای بالا می تواند در یك سیستم الكترونیكی چند لایه به واسطه جاذبه حاملهای بار در یك لایه رسانا از طریق تعویض پلاسمونها ی مجازی در لایه ی مجاور رخ دهد. با توجه به این تئوری ها ، در نانو لوله های كربنی تك جداره و چند جداره با توجه به ضخامت آنها كه به طور منحصر به فردی شبه یك بعدی اند برای بروز ابر رسانایی دمای بالا با واسطه ی پلاسمونی ایده آل به نظر می رسد. ضمن اینكه نانو لوله های چند جداره هم یك بعدی اند هم دارای ساختار الكترونیكی چند لایه می باشند. مطالعات دیگر نشان می دهد كه نانو لوله های كربنی بستر مناسبی برای حركت زوج كوپلر فراهم می آورند و به عبارتی رسانای زوج كپلر می باشند. در ابر رساناها،حامل های بار، زوج الكترونهایی هستند كه به دلیل عوامل مختل به جای دفه همدیگر را جذب می كنند و همین جادبه عامل ابر رسانایی است. این زوج الكترون را زوج كپلر می نامند. كشف ابر رسانایی K15 در نانو لوله های خالص نه تنها حیرت دانشمندان را به دنیال داشته بلكه قضایایی را كه حدود 40 سال پیش انتقال فاز را در سیستم های یك و دو بعدی ممنوع می دانسته رد كرده است.
ژاو و همكارانش دلایل متعددی را ارایه كرده اند كه می توان ابر رسانایی نانو لوله های كربنی در دمای اتاق را یافت. آنها بیش از 20 دلیل ارایه كرده اند كه این نان لوله های كربنی از خود خواصی را نشان می دهند كه بیانگر ابر رسانایی آنها در دمای اتاق است.
آنچه كه جالب است تلاقی دو انقلاب علمی یعنی ابر رسانایی و نانو تكنولوژی است. بی شك ابر رسانایی دمای اتاق رویایی در ذهن فیزیك دانان است . خصوصا این كه ماده ای در ابعاد نانو در دمای اتاق بتواند جریان الكتریسیته را بدون اتلاف حمل نماید كاربردهای متعدد و غیر قابل تصوری را در شاخه های مختلف علمی و صنعتی و پزشكی داشته باشد. كشف ابر رسانایی دمای اتاق جایزه نوبل را نصیب كاشفان ان میكند و به نظر میرسد این كاشفان باید امید های خود را در نانو لوله های كربنی جستجو كنند.
توضیحی مختصر:ابر رسانایی در دماهای بسیار پایین رخ میده تازه بعضی عناصر در دماهای بسیار پایین باز هم به دلیل پدیده ی ناکاملی ابر رسانا نمیشن.اما حالا میبینیم که در دمای ۲۵ درچجه ی اتاق هم میشه ابر رسانا داشته باشیم:
كشف ابر رسانایی دماهای بالا در تركیبات سرامیكی در سال 1986 و افزایش سریع دمای بحرانی در آنها امید های زیادی را برای رسیدن به ابر رسانایی در دمای اتاق به دنبال داشت.
این امید با توقف روند افزایشی دمای بحرانی به فراموشی گرایید. كشف ابر رسانایی در تركیب های فلورنها و به دنبال آن در نانو لوله های كربنی دسته ی جدیدی از ابر رسانا ها را به دنیای فیزیك معرفی كرد. امكان ابر رسانایی نانو لوله های كربنی در دمای اتاق امید تازه ای را برای فیزیك دانان به دنبال داشته است. این امید با توجه به مطالعات نظر ی كه می گوید در سیستمهای شبه یك بعدی امكان بروز ابر رسانایی حتی با 500 كلوین وجود دارد بیشتر می شود.
كشف ابر رساناهای سرامیكی گرم در سال 1986 را انقلاب علمی قرن بیستم نام نهادند و ارزش آن را حتی از كشف ترانزیستور بالاتر پنداشتند. جایزه نوبل سال 1987 نیز به كاشفان آن تعلق گرفت. پیشرفت های زیاد در ساخت ابر رساناهای گرم و امید رسیدن به تركیبی كه بتواند در دمای اتاق ابر رسانا باشد دنیای فیزیك را به فعالیتی شبانه روزی واداشت.طی 5 سال بعد از كشف ابر رساناهای گرم دمای بحرانی ابر رسانایی در تركیبات جیوه دار به 134 درجه كلوین رسید ؛دمایی كه 5 سال پیش در تصور هیچ فیزیك دانی نمی گنجید و متاسفانه این دمای بحرانی هنوز به صورت یك ركورد باقی مانده است و تركیب جدیدی با دمای بحرانی بالاتری كشف نگردیده است. این ركورد قدری فعالیت فیزیكدانان را در این ضمینه كمتر كرد و كم كم این سوال پیش آمد كه برای رسیدن به ابر رسانایی دمای اتاق باید سیستم های سرامیكی را كنار گذاشت و به سراغ سیستم های جدیدی رفت؟ با كشف ابر رسانایی در فولرنها و نانو لوله های كربنی حوزه ی جدید در فیزیك گشوده شد. پس از كشف كربن 60 در سال 1985 توسط كروتو و همكارانش از دانشگاه ساسكس و با توجه به كاربردهایی كه برای آن متصور شدند مجددا آن را انقلاب علمی جدیدی پنداشتند. آلاییدن كربن 60 با فلزات قلیایی خاكی ابر رسانایی را به دنبال داشت.در تركیبات A360 فلرات قلیایی خاكی ابر رسایی تا 33k در تركیب C60/CHBr3 به ترتیب در 70 و 117 درجه كلوین مشاهده گردید.
آنچه كه موضوع را مهیج می كند امكان بروز ابر رسانایی نانولوله های كربنی در دمای اتاق است. ابر رسانایی دمای اتاق كه فیزیك دانان آن را در سیستم های سرامیكی كه آن را با كشف ابر رسانای گرم مقایشه می كنند.
در سال1991 محققین ژاپنی در حین ساخت كربن 60 اشیای سوزنی شكلی بر روی الكترود منفی دستگاه ایجاد كننده ی قوس الكتریكی یافتند.آزمایش های متعدد نشان داد كه این اشیاء سوزنی شكل صفحات گرافیتی لوله شده های هستند كه دارای قطری در حدود 1 نانو متر و طولی در حد میكرومتر هستند. این نانو لوله ها كه می تواند تك جداره و یا چند جداره باشند دارای نوك مخروطی شكل و بسته ای هستند و ایت امكان را دارند تا با روشهای شیمیایی باز شده و با ذخیره كردن مواد خاصی در آنها مثل نیتروژن و یا لیتیم از آنها به عنوان پیل های سوختی با عمر طولانی و یا كابردهای متعدد دیگر استفاده كرد.مطالعه فیزیكی این نانو لوله ها با ضخامت بسیار كم به عنوان یك سیستم شبه یك بعدی مورد توجه شدید فیزیك دانان قرار گرفته است. عامل بروز ابر رسانایی مدهای پلاسمونی آكوستیكی غیر میرا در سیستم سبه یك بعدی می باشد. علاوه بر این ابر رسانایی دمای بالا می تواند در یك سیستم الكترونیكی چند لایه به واسطه جاذبه حاملهای بار در یك لایه رسانا از طریق تعویض پلاسمونها ی مجازی در لایه ی مجاور رخ دهد. با توجه به این تئوری ها ، در نانو لوله های كربنی تك جداره و چند جداره با توجه به ضخامت آنها كه به طور منحصر به فردی شبه یك بعدی اند برای بروز ابر رسانایی دمای بالا با واسطه ی پلاسمونی ایده آل به نظر می رسد. ضمن اینكه نانو لوله های چند جداره هم یك بعدی اند هم دارای ساختار الكترونیكی چند لایه می باشند. مطالعات دیگر نشان می دهد كه نانو لوله های كربنی بستر مناسبی برای حركت زوج كوپلر فراهم می آورند و به عبارتی رسانای زوج كپلر می باشند. در ابر رساناها،حامل های بار، زوج الكترونهایی هستند كه به دلیل عوامل مختل به جای دفه همدیگر را جذب می كنند و همین جادبه عامل ابر رسانایی است. این زوج الكترون را زوج كپلر می نامند. كشف ابر رسانایی K15 در نانو لوله های خالص نه تنها حیرت دانشمندان را به دنیال داشته بلكه قضایایی را كه حدود 40 سال پیش انتقال فاز را در سیستم های یك و دو بعدی ممنوع می دانسته رد كرده است.
ژاو و همكارانش دلایل متعددی را ارایه كرده اند كه می توان ابر رسانایی نانو لوله های كربنی در دمای اتاق را یافت. آنها بیش از 20 دلیل ارایه كرده اند كه این نان لوله های كربنی از خود خواصی را نشان می دهند كه بیانگر ابر رسانایی آنها در دمای اتاق است.
آنچه كه جالب است تلاقی دو انقلاب علمی یعنی ابر رسانایی و نانو تكنولوژی است. بی شك ابر رسانایی دمای اتاق رویایی در ذهن فیزیك دانان است . خصوصا این كه ماده ای در ابعاد نانو در دمای اتاق بتواند جریان الكتریسیته را بدون اتلاف حمل نماید كاربردهای متعدد و غیر قابل تصوری را در شاخه های مختلف علمی و صنعتی و پزشكی داشته باشد. كشف ابر رسانایی دمای اتاق جایزه نوبل را نصیب كاشفان ان میكند و به نظر میرسد این كاشفان باید امید های خود را در نانو لوله های كربنی جستجو كنند.