«ابررسانایی در دماهای بالا و مواد جدید»
«ابررسانایی در دماهای بالا و مواد جدید» یکی از مهم ترین شاخه های فیزیک ماده چگال است، چون هم از نظر بنیادی مسئله ساز است و هم از نظر کاربردی بسیار مهم. برای فهم دقیق این حوزه، باید از تعریف ابررسانایی شروع کنیم و بعد برسیم به این که چرا بعضی مواد در دماهای بالاتر از حد معمول ابررسانا می شوند، چه خانواده هایی از مواد شناخته شده اند.
ابررسانایی حالتی از ماده است که در آن: مقاومت الکتریکی عملا صفر می شود. اثر مایسنر رخ می دهد، یعنی میدان مغناطیسی از داخل ماده رانده می شود. جریان می تواند بدون اتلاف انرژی برای مدت طولانی باقی بماند. این پدیده وقتی رخ می دهد که ماده به زیر دمای بحرانی برسد. از دید فیزیکی، ابررسانایی فقط «صفر شدن مقاومت» نیست؛ یک حالت کوانتومی همدوس در کل ماده است. در نظریه کلاسیک BCS، الکترون ها به طور موثر جفت می شوند و این جفت ها به صورت جمعی رفتار می کنند.
در ابررساناهای معمولی، سازوکار اصلی این است: یک الکترون شبکه بلوری را کمی تغییر شکل می دهد. این تغییر شکل باعث جذب الکترون دوم می شود. به طور موثر، بین دو الکترون یک برهم کنش جاذبه ای غیرمستقیم ایجاد می شود. این جفت ها که «جفت کوپر» نام دارند، می توانند بدون پراکندگی معمول حرکت کنند.در نظریه BCS، این جفت شدن به کمک فونون ها، یعنی کوانتوم های ارتعاش شبکه، توضیح داده می شود. این نظریه برای بسیاری از ابررساناهای فلزی کم دمای کلاسیک عالی جواب می دهد. واژه «دمای بالا» نسبی است. در ادبیات فیزیک، معمولا منظور ابررسانایی در دماهایی بالاتر از حدود 30 کلوین است، یعنی جایی که نیتروژن مایع می تواند نقش خنک کننده ارزان تری نسبت به هلیوم مایع بازی کند. از نظر تاریخی، کشف ابررساناهای دمای بالا در اواخر دهه 1980 یک جهش بزرگ بود، چون نشان داد دمای بحرانی می تواند خیلی بالاتر از چیزی باشد که نظریه های قدیمی انتظار داشتند.
خانواده های اصلی مواد ابررسانای دمای بالا:کوپرات ها:این ها مهم ترین و شناخته شده ترین خانواده اند. ساختارشان معمولا شامل صفحات مس-اکسیژن است. در این خانواده: ابررسانایی اغلب با دوپینگ از یک حالت عایق/آنتی فرومغناطیس به دست می آید. تقارن شکاف و سازوکار جفت شدن با ابررساناهای معمولی متفاوت است. این مواد به شدت ناهمسانگردند و رفتارشان به لایه های CuO2 وابسته است.
آهن پایه ها:این خانواده بعدا کشف شد و شامل ترکیباتی مثل pnictideها و chalcogenideها است. ویژگی های مهم: نسبت به کوپرات ها پیچیدگی چندباندی دارند. مغناطیس و ابررسانایی در آن ها ارتباط نزدیکی دارند. در بعضی موادTc به بیش از 50 کلوین می رسد.
نیکلات ها:این ها از جدیدترین و جذاب ترین خانواده ها هستند. چرا مهم اند: از نظر الکترونی تا حدی شبیه کوپرات ها به نظر می رسند.این شباهت برای سال ها به عنوان یک مسیر احتمالی برای «فیزیک جدید ابررسانایی» مطرح بود. در سال 2025 گزارش مهمی منتشر شد که در فیلم های (La,Pr)3Ni2O7 در فشار محیط، آغاز ابررسانایی بالای 40 K دیده شد.
هیدریدها:هیدریدهای غنی از هیدروژن، تحت فشار بالا، به دماهای بحرانی بسیار بالا رسیده اند. دلیل جذابیتشان این است که: هیدروژن سبک است، پس فرکانس فونونی بالا دارد. در چارچوب مکانیسم فونونی، این می تواند Tc را بالا ببرد. اما یک نکته کلیدی وجود دارد: این حوزه عمدتا با فشارهای بسیار بالا سروکار دارد.