یک جهش بزرگ در ابررسانایی نانومقیاس
در یک پیشرفت چشمگیر برای فناوریهای آینده، دانشمندان روش جدیدی را برای بهبود چشمگیر ابررسانایی در موادی که تنها چند اتم ضخامت دارند، ابداع کردهاند. ابررسانایی، قابلیت شگفتانگیز یک ماده برای هدایت الکتریسیته با مقاومت کاملاً صفر، از دیرباز یک هدف مقدس برای ساخت قطعات الکترونیکی فوقالعاده کارآمد بوده است. با این حال، دستیابی به این حالت در مواد نانومقیاس همواره یک چالش پایدار بوده است. اکنون تیمی از محققان به رهبری خوزه ام. پریرا، دانیل تزه و بئاتریز مارتین-گارسیا در CIC nanoGUNE BRTA و IKERBASQUE بر این مانع غلبه کردهاند. تکنیک نوآورانه آنها شامل وارد کردن دقیق مولکولهای آلی بین لایههای کریستالهای فوقالعاده نازک تانتالیوم دیسولفید (2H-TaS2) است، فرآیندی که به عنوان میانلایش مولکولی (intercalation) شناخته میشود.
قدرت میانلایش مولکولی
هسته اصلی این دستاورد در فرآیند میانلایش مولکولی درجا (in-situ) نهفته است. محققان ورقههای بسیار نازک 2H-TaS2 با ضخامت تنها دهها نانومتر را برداشته و در معرض محلولی از آمیلامین و استونیتریل قرار دادند. این مولکولهای آلی به فضاهای بین لایههای ماده نفوذ میکنند و مانند گُوههای کوچکی عمل میکنند. این فرآیند به دو هدف حیاتی دست مییابد. نخست، پدیدهای به نام «امواج چگالی بار» را سرکوب میکند؛ این امواج ناپایداریهای الکترونیکی مخربی هستند که مانع ابررسانایی در ماده اصلی میشوند. دوم و مهمتر از آن، دمایی را که در آن ماده ابررسانا میشود، به طور قابل توجهی افزایش میدهد. این تیم با موفقیت دمای گذار ابررسانایی را از تنها ۰.۸ کلوین در ماده تودهای به بیش از ۳ کلوین در ورقههای تیمار شده افزایش داد و به یک حالت کامل با مقاومت صفر دست یافت. این یک گام اساسی به سوی کاربردهای عملی است.
روشی مقیاسپذیر و پایدار
آنچه این تحقیق را به طور ویژه هیجانانگیز میکند، سادگی و مقیاسپذیری این روش است. کل فرآیند میانلایش در ویالهای شیشهای مهر و موم شده تحت شرایط جوی عادی و در دمای اتاق انجام شد. این رویکرد سرراست امکان تیمار موازی چندین ورقه را بدون نیاز به تجهیزات پیچیده یا گرانقیمت فراهم میکند. تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس تأیید کرد که مولکولهای آمیلامین با موفقیت وارد ساختار ماده شده و فاصله بین لایههای آن را افزایش دادهاند. محققان با دقت خواص الکتریکی ورقهها را قبل و بعد از تیمار اندازهگیری کردند و شواهد مستقیمی از این بهبود ارائه دادند. علاوه بر این، برخلاف روشهای دیگری که تکلایههای ابررسانای ناپایدار در هوا ایجاد میکنند، این ورقههای میانلایه شده خواص فوقالعاده خود را حتی در معرض اتمسفر نیز حفظ میکنند. این پایداری راه را برای ادغام این مواد اصلاحشده شیمیایی در دستگاهها و فناوریهای کوانتومی مقیاسپذیر در دنیای واقعی باز میکند و حتی به طور بالقوه میتواند منجر به ساخت جوهرهای ابررسانای کاربردی برای الکترونیک چاپی شود.
این پژوهش مسیری قابل اعتماد و تکرارپذیر برای ساخت دستگاههای ابررسانای با کارایی بالا از مواد به راحتی در دسترس فراهم میکند و پیشرفت قابل توجهی در علم مواد و نانوتکنولوژی محسوب میشود.
اطلاعات بیشتر از منبع: Quantum Zeitgeist