طبق تازه ترین دستاورد محققان شیمی، الگویی مخفی در جدول تناوبی مندلیف پیدا شد که می تواند نقطه عطفی برای ساخت مواد ابر رسانا باشد.
به گزارش کمولوژی، این رویداد می تواند یکی از مهم ترین یافته های دانشمندان باشد؛ زیرا یافتن ماده ای که بتواند الکتریسیته را با مقاومت صفر در دماهای بالا هدایت کند، می تواند منجر به تولید دستگاه های فوق العاده کارآمد و شبکه های برق بهینه تر شود.
شبکه های برق فعلی تا ۷ درصد از انرژی خود را به دلیل مقاومت الکتریکی از دست می دهند.
محققان با بهره گیری از الگوریتم هایی در بخش عجیبی از جدول تناوبی عناصر توانستند پیش بینی کنند که کدام عنصرها قابلیت ترکیب با هیدروژن در دمای اتاق را دارند و ابر رسانایی ایجاد نمایند.
باید به این نکته اشاره کنیم که تا قبل از این، مواد ابر رسانای بسیاری شناسایی شده بودند اما آنها می بایست تا دمای بسیار پایین سرد شده یا اینکه تحت فشار شدید قرار بگیرند. در حال حاضر، پژوهشگران فٰرآیندی را برای انتخاب نوع خاصی از جدول تناوبی که جایگاه اکتنیدها است طراحی کردند که با پایداری کافی در شرایط خاص برای بروز خاصیت ابر رسانایی عمل کنند.
نتیجه فعالیت های آنان هم اکنون به کشف ماده ای رسیده است که می تواند به یک ابر رسانای با دمای نسبی منفی ۲۰ درجه سلسیوس تبدیل شود؛ هر چند که هنوز هم با فشار بالا برای فشرده شدن نیاز داریم.
اکتینیدها مجموعه ای از ۱۵ فلز با اعداد اتمی ۸۹ تا ۱۰۳ (اکتینیم تا لارنسیم) هستند که در کنار عناصر عجیب دیگر یعنی لانتانیدها، قرار گرفته اند.
پژوهشگران با مشاهده هدایت الکتریسیته هیدریدهای فلزی مختلف در دماهای خاص، گمانه زنی هایی پیرامون وجود الگویی وابسته به موقعیت های آن ها در جدول تناوبی کردند اما ارتباط دقیق میان آن ها مشخص نیست.
عناصری در سری آکتینید هم با آزمون و خطا پیدا شدند که نشان می دهد این مکان مناسبی برای سرنخ ها است.
بنابراین گروهی از پژوهشگران به سرپرستی شیمیدان «آرتم اوگانوف»، برای حصول الگوریتمی تلاش کردند که بتواند خواص هیدریدهای اکتینید را با ابر رسانایی آنها مطابقت دهد.
اوگانوف می‌گوید:
«ایده واقعی ارتباط بین ابر رسانایی و جدول تناوبی ابتدا توسط دانشجوی آزمایشگاه من، «دیمیتری سمینوک» مطرح شد. قاعده ای که وی کشف کرد بسیار ساده و واقعا شگفت انگیز است و هیچکس آن را قبلا مشاهده نکرده است.»
پیدا کردن راه هایی برای پیش بینی اینکه چه عناصری می توانند یک ماده ابر رسانا ایجاد کنند، در جهانی که استخراج انرژی تا جای ممکن از منابع توان امری حیاتی تلقی می شود، چالش بسیار بزرگی است.
به عنوان مثال، سیم کاملی را تصور کنید که الکترون ها در آن می توانند بدون برخورد با هیچ اتمی حرکت کرده و بدون هیچگونه اتلاف انرژی به‌صورت گرما جریان یابند.
ابررساناها چنین روندی را با فراهم ساختن زمینه در هم تنیدگی الکترون ها با هم به منظور ایجاد یک جفت کوپر تسهیل می کنند؛ این جفت ها بایستی در نزدیکی یکدیگر نگه داشته شوند و این حالت در اکثر ابر رساناها از طریق ارتعاشاتی در ساختارشان به نام فونون حاصل می شود.
فونون ها ظریف و شکننده هستند؛ بنابراین این مواد باید به طور دقیق تا دمای منفی ۲۳۴/۵ درجه سانتی گراد سرد شوند.
همه این فرآیندها برای اجرا در یک آزمایشگاه خوب است؛ اما اگر می خواهید ابر رسانایی را روی میز تحریرتان داشته باشید، ساز و کاری باید فراهم باشد که نیازی به ابزارهای بزرگ و تجهیزات خنک کننده تخصصی نداشته باشد.
گفتنی است که پژوهشگران از دهه ۱۹۸۰ برخی مواد ویژه را با قابلیت تشکیل جفت کوپر پایدار از طریق نوع دیگری از بر هم کنش با الکترون هایشان یافتند.
این الگوریتم جدید با استفاده از آرایش الکترون ها در عناصر سری اکتینیدها می تواند شرایطی را پیش بینی کند که جفت شدن با هیدروژن در آنها بتواند منجر به ایجاد یک شبکه ایده آل و منتهی به تعامل قوی الکترون فونون شود.
نتیجه کار آنها، کشف هیدریدهای آکتینیوم ابر رسانایی است که می توانند دارای دمایی تا منفی ۲۰ درجه سانتی گراد باشند.
البته هنوز هم برای ساخت آنها نیاز به فشار ۱/۵ میلیون اتمسفر داریم اما داشتن کنترل بهتر در مورد چگونگی انتخاب و مطابقت عناصر برای ایجاد مواد ابر رسانای گرم، یافته ارزشمند است که باید مورد توجه قرار گیرد.
در حالی که برای داشتن تکنولوژی بدون مقاومت در خانه هایمان هنوز موانع بسیاری پیش روی ما وجود دارد، کشف یک اصل کلی همانند ارتباط با آرایش دوره ای عناصر، قدم مهمی در ساخت چنین موادی است.
جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید