دانشمندان دو حالت ابررسانا را کشف کردند که به صورت یک حالت در می آیند

پازل ng ایستاده از رفتار آنها و تصویر واضح تری از ابررسانایی ارائه می دهد که در نهایت می تواند توسعه مواد بهبود یافته برای کامپیوترهای کوانتومی، الکترونیک فوق کارآمد و حسگرهای پیشرفته را هدایت کند.

برخی از شگفتی‌های علمی نه از کشف چیز کاملاً جدید، بلکه از نگاه دقیق‌تر به چیزی که محققان فکر می‌کردند قبلاً فهمیده‌اند، ناشی می‌شوند.

برای چندین دهه، فیزیکدانان مطالعه کرده اند ابررساناها– موادی که قادر به حمل جریان الکتریکی هستند اتلاف انرژی صفر. ویژگی‌های غیرمعمول آن‌ها در نهایت می‌تواند از فناوری‌های اعم از الکترونیک بسیار کارآمد و رایانه‌های کوانتومی گرفته تا سیستم‌های پزشکی پیشرفته پشتیبانی کند.

ابررسانایی که به طرز شگفت آوری ساده به نظر می رسید

یکی از بهترین نمونه های مطالعه شده این است نیوبیم دیزلنید (NbSe₂). هنگامی که محققان ماده را به چند لایه اتمی کاهش دادند، به نظر می‌رسید که آزمایش‌ها رفتار ابررسانایی نسبتاً ساده‌ای را نشان دادند. به طور خاص، به نظر می رسد این ماده دارای یک شکاف انرژی واحد است، یک مشخصه کلیدی که نشان می دهد چگونه الکترون ها با هم جفت می شوند تا بتوانند بدون مقاومت الکتریکی حرکت کنند.

با این حال، محققان دلایلی داشتند که گمان کنند این تصویر ساده ناقص است.

این مطالعه توسط دانشجوی دکتری شهرار سیمون و کارشناسی ارشد. دانشجوی مایا کلانگ به راهنمایی پروفسور اودد میلو و پروفسور هادار اشتاینبرگ از موسسه فیزیک رقه و مرکز علوم نانو و فناوری نانو در دانشگاه عبری اورشلیم. این مطالعه در منتشر شد نامه معاینه فیزیکی.

دو حالت ابررسانا که به صورت یکی در می آیند

با اندازه گیری های طیف سنجی تونل زنی بسیار حساس، محققان دریافتند که NbSe₂ به عنوان یک ابررسانای مستقیم که تنها توسط یک ردیف ابررسانا اداره می شود، رفتار نمی کند. در عوض، شامل دو راسته ابررسانا متفاوت که به قدری برهم کنش می‌کنند که به‌عنوان یکی به نظر می‌رسند.

محققان همان رفتار پنهان را در مطالب نزدیک شناسایی کردند TaS₂.

محققان گفتند: «این کمی شبیه گوش دادن به چیزی است که شبیه یک خواننده است، اما متوجه می‌شویم که در واقع یک دونوازی کاملاً هماهنگ است.

این یافته توضیحی برای معمایی ارائه می دهد که سال ها حل نشده باقی مانده است. نظریه‌های سنتی نمی‌توانند شکل دقیق طیف انرژی ابررسانا را که در آزمایش‌های قبلی مشاهده شده بود، به طور کامل بازتولید کنند.

محققان دانشگاه عبری با استفاده از یک مدل پیشرفته‌تر که شامل دو نظم ابررسانا متفاوت است، توانستند اندازه‌گیری‌های تجربی را بسیار دقیق‌تر توضیح دهند. همین رویکرد همچنین نحوه رفتار مواد در هنگام اعمال میدان مغناطیسی را توضیح می دهد.

یک تصویر ابررسانا حتی پیچیده تر

نتایج پیچیدگی بیشتری را در فرم های ضخیم تر مواد نشان می دهد. با توجه به یافته ها، حجم NbSe₂ ممکن است حاوی سه نظم ابررسانای متقابل، نشان می دهد که ابررسانایی در این مواد از آنچه قبلاً شناخته شده بود غنی تر است.

کشف این ساختار پنهان می تواند در نهایت به محققان اجازه دهد تا مواد و دستگاه های ابررسانا را با کنترل و دقت بیشتری طراحی کنند. همانطور که دانشمندان کامپیوترهای کوانتومی، الکترونیک فوق کارآمد و سایر فناوری های پیشرفته را دنبال می کنند، درک دقیق نحوه رفتار الکترون ها در ابررساناها اهمیت فزاینده ای پیدا می کند.