นักวิจัยได้พบหลักฐานเชิงปริมาณสำหรับกลไกที่คาดคะเนกันมานานว่ามีส่วนรับผิดชอบต่อตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง สหราชอาณาจักรทีมใช้กล้องจุลทรรศน์ควอนตัมเพื่อศึกษาตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงที่เรียกว่าบิสมัทสตรอนเทียมแคลเซียมคอปเปอร์ออกไซด์ (BSCCO) งานวิจัยนี้เผยให้เห็นว่าอิเล็กตรอนในวัสดุนี้ดูเหมือนว่าจะเข้าสู่สถานะของไหลยวดยิ่งเนื่องจากการจับคู่อิเล็กตรอนอย่างแรง
ซึ่งช่วยให้
พวกมันเคลื่อนที่ได้โดยไม่มีการกระจายตัวใดๆตัวนำยิ่งยวดเป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานใดๆ เมื่อเย็นตัวลงต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำ ยิ่งยวดT c ตัวนำยิ่งยวดตัวแรกที่ค้นพบคือปรอทที่เป็นของแข็งในปี พ.ศ. 2454 แต่อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านนั้นสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เพียงไม่กี่เคลวิน
หมายความว่าต้องใช้สารหล่อเย็นฮีเลียมเหลวที่มีราคาแพงเพื่อให้อยู่ในขั้นตอนตัวนำยิ่งยวด ตัวนำยิ่งยวด “แบบธรรมดา” อีกหลายตัวตามที่ทราบกันดีว่าถูกค้นพบหลังจากนั้นไม่นาน โดยมีค่าT c ที่เยือกเย็นใน ทำนอง เดียวกันอย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา ตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่
“อุณหภูมิสูง” ที่มี T c อยู่เหนือจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว (77 K) ได้ถือกำเนิดขึ้น วัสดุเหล่านี้ไม่ใช่โลหะ แต่เป็นฉนวนที่มีคอปเปอร์ออกไซด์ (คิวเปต) และการมีอยู่ของวัสดุเหล่านี้บ่งชี้ว่าอาจเป็นไปได้ที่จะเกิดตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงขึ้นไปอีก การค้นหาตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องได้เกิดขึ้นตั้งแต่นั้น
เป็นต้นมา เนื่องจากวัสดุดังกล่าวจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสายส่งได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็นำไปใช้งานทั่วไปของตัวนำยิ่งยวด (รวมถึงแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดในเครื่องเร่งอนุภาคและอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เครื่องสแกน MRI) ง่ายและถูกกว่า
ทฤษฎี BCS สั้น ทฤษฎีคลาสสิกของตัวนำยิ่งยวด (เรียกว่าทฤษฎี BCS ตามชื่อย่อของผู้ค้นพบคือ) อธิบายว่าทำไมปรอทและองค์ประกอบที่เป็นโลหะส่วนใหญ่จึงยิ่งยวดต่ำกว่า T c: อิเล็กตรอนเฟอร์มิโอนิกของพวกมันจับคู่กันเพื่อสร้างโบซอนที่เรียกว่าคูเปอร์คูเปอร์ โบซอนเหล่านี้ก่อตัวเป็นคอนเดนเสท
ที่เชื่อมโยงกัน
ในเฟสซึ่งสามารถไหลผ่านวัสดุได้ในลักษณะเป็นกระแสน้ำยิ่งยวดที่ไม่มีการกระเจิง และความเป็นตัวนำยิ่งยวดเป็นผลมาจากสิ่งนี้ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้สั้นมาก เมื่อพูดถึงการอธิบายกลไกเบื้องหลังตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง แท้จริงแล้ว กลไกที่อยู่เบื้องหลังตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงนั้นถือเป็นหนึ่ง
ในปัญหาพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่ยังแก้ไม่ตกทฤษฎีหนึ่งที่เป็นไปได้ซึ่งนำเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันผู้ล่วงลับและผู้ได้รับรางวัลโนเบล ฟิลิป แอนเดอร์สัน เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ควอนตัมที่เรียกว่า ซึ่งแตกต่างจากอันตรกิริยาการแลกเปลี่ยนที่คุ้นเคยมากกว่า ซึ่งส่งผลต่ออิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้ทางกายภาพมาก
พอที่จะมีฟังก์ชันคลื่นเชิงกลเชิงควอนตัมซ้อนทับกัน แต่เกิดจากอิเล็กตรอน “กระโดด” จากอะตอมของทองแดงที่ไซต์ขัดแตะหนึ่งในวัสดุผลึกไปยังอะตอมทองแดงอีกอะตอมที่ไซต์ถัดไป ซึ่งเป็นกระบวนการเชิงควอนตัมที่อิเล็กตรอนผ่านอุโมงค์ผ่านอะตอมออกซิเจนที่แยกอะตอมของทองแดงทั้งสอง
ออกจากกัน . ในระหว่างกระบวนการนี้ อิเล็กตรอนจะ “แทบจะ” ไปเยี่ยมเพื่อนบ้านของมัน เพียงเพื่อจะกระโดดกลับอีกครั้งในพิโควินาทีต่อมาประเด็นสำคัญในทฤษฎีการแลกเปลี่ยนยิ่งยวดของแอนเดอร์สันคือการที่อิเล็กตรอนค้นหาสถานการณ์ที่พวกมันสามารถกระโดดได้อย่างเหมาะสมที่สุด
ตัวอย่างเช่น
เมื่อสปินของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้เคียงชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้เกิดรูปแบบสปินขึ้น/สปินดาวน์ตามปกติ ปรากฏการณ์การกระโดดเสมือนยังบังคับให้อิเล็กตรอนยังคงอยู่ใกล้กัน ทำให้เกิดแรงดึงดูดควอนตัมที่ทรงพลังซึ่งสามารถช่วยสร้างคู่คูเปอร์ที่แข็งแกร่งได้
การวัดกระแสของคู่อิเล็กตรอนจนถึงขณะนี้ เป็นเรื่องยากที่จะทดสอบทฤษฎีดังกล่าว แต่เดวิสและเพื่อนร่วมงานพบวิธีที่จะทำโดยใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนอุโมงค์สแกน (STM) ที่ได้รับการดัดแปลงด้วยปลายตัวนำยิ่งยวดแทนที่จะเป็นโลหะปกติทั่วไป เมื่อกวาดปลายตัวนำยิ่งยวดนี้ไปทั่วตัวอย่าง
“หากเทคนิคและวิธีการทดลองใหม่นี้ตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีหนึ่งๆ ว่าสามารถทำนายได้อย่างแม่นยำ นักทฤษฎีควรออกแบบวัสดุสังเคราะห์ที่มีอะตอมต่างๆ ในตำแหน่งต่างๆ ซึ่งค่า Tc สูงกว่า ” เดวิสกล่าว “ท้ายที่สุดแล้ว วัสดุเหล่านี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวาง
ตั้งแต่รถไฟแม็กเลฟ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน คอมพิวเตอร์ควอนตัม และเครื่องเร่งอนุภาคพลังงานสูง ไม่ต้องพูดถึงการถ่ายโอนและการจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง”พวกเขาสามารถวัดกระแสของคู่อิเล็กตรอน แทนที่จะวัดกระแสของอิเล็กตรอนแต่ละตัว สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถทำแผนที่
เป็นผู้ริเริ่มความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในความเข้าใจของเราเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดจุลภาคของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของปัญหาของอิเล็กตรอนที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรง” ทฤษฎีดังกล่าวโดยเนื้อแท้ยากที่จะแก้ไข กล่าวเสริม และจุดมุ่งหมายคือการระบุปริมาณหลัก
ผลลัพธ์ล่าสุดของกลุ่ม อิงจากผลงานของนักศึกษาปริญญาเอกแสดงให้เห็นถึงโอกาสทางการค้าที่จับต้องได้เป็นรูปเป็นร่าง อิสลามได้พัฒนาแพลตฟอร์มสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์อเนกประสงค์ที่พิมพ์ทั้งตัว นำไฟฟ้าได้สูง ยืดหยุ่น และซักด้วยเครื่องได้ วัสดุนี้สามารถกักเก็บพลังงานโดยใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์
กราฟีนที่พิมพ์ออกมา ในขณะที่ตรวจสอบตัวบ่งชี้ทางสรีรวิทยา เช่น อัตราการเต้นของหัวใจ อุณหภูมิผิวหนัง และมาตรวัดกิจกรรมต่างๆ สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่าคือ เมื่อนำมาทำเป็นแถบคาดศีรษะแยกต่างหาก สิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ต้นแบบสามารถบันทึกการทำงานของสมอง ได้ตามมาตรฐานเดียวกับอิเล็กโทรดแบบแข็งทั่วไป ในขณะนี้ ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ถูกชาร์จโดยใช้แหล่งพลังงานภายนอก
Credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
